JP2007524342A - B12-dependent dehydratase with improved reaction rate - Google Patents

B12-dependent dehydratase with improved reaction rate Download PDF

Info

Publication number
JP2007524342A
JP2007524342A JP2004562258A JP2004562258A JP2007524342A JP 2007524342 A JP2007524342 A JP 2007524342A JP 2004562258 A JP2004562258 A JP 2004562258A JP 2004562258 A JP2004562258 A JP 2004562258A JP 2007524342 A JP2007524342 A JP 2007524342A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dehydratase
dependent
propanediol
mutant
seq
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004562258A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ギブソン,キヤサリン・ジエイ
タング,シアオ−ソング
リアオ,デル−イング
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EI Du Pont de Nemours and Co filed Critical EI Du Pont de Nemours and Co
Publication of JP2007524342A publication Critical patent/JP2007524342A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/527Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving lyase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/88Lyases (4.)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)

Abstract

改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼの配列を提供することで、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下における酵素の自殺不活性化の速度が低下する。酵素は、グリセロールデヒドラターゼのα−サブユニットをコードするDhaB1遺伝子を標的にした、エラープローンPCRおよびオリゴヌクレオチド−誘導変異誘発を使用して作り出される。改善された反応速度を有する変異株は、これもまたここで開示されるハイスループットアッセイを使用して迅速に同定される。
By providing an array of B 12-dependent dehydratase with improved reaction kinetics, the rate of suicide inactivation of enzymes in glycerol and 1,3-propanediol presence is reduced. The enzyme is created using error-prone PCR and oligonucleotide-induced mutagenesis targeted to the DhaB1 gene encoding the α-subunit of glycerol dehydratase. Variants with improved reaction rates are rapidly identified using the high-throughput assay also disclosed herein.

Description

本発明は、1,3−プロパンジオールを生成するための分子生物学分野およびB12依存性デヒドラターゼの使用に関する。より具体的には、酵素不活性化速度が低下するように反応速度が改善されたB12依存性デヒドラターゼを作り出し、選択する方法について述べる。 The present invention relates to the use of molecular biology and B 12 dependent dehydratase to produce 1,3-propanediol. More specifically, creating a B 12 dependent dehydratase reaction rate was improved to decrease enzyme inactivation rate, describes a method of selecting.

1,3−プロパンジオールは、いくつかの用途において、ポリエステル、ポリエーテル、およびポリウレタンを製造するための出発原料をはじめとする有用性を有する。1,3−プロパンジオールを製造するための方法としては、伝統的化学経路および生物学的経路の双方が挙げられる。1,3−プロパンジオールを製造するための生物学的方法については、最近述べられている(非特許文献1)。1,3−プロパンジオールを生物学的に製造するのには、二段階逐次反応の基質としてのグリセロールが必要である。まずデヒドラターゼ(典型的に補酵素B12依存性デヒドラターゼ)が、グリセロールを中間体3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド(3−HP)に変換する。次にNADH−(またはNADPH)−依存酸化還元酵素(式1および2参照)によって、3−HPが1,3−プロパンジオールに還元される。
グリセロール→3−HP+HO(式1)
3−HP+NADH+H→1,3−プロパンジオール+NAD(式2)
1,3-propanediol has utility in some applications, including starting materials for making polyesters, polyethers, and polyurethanes. Methods for producing 1,3-propanediol include both traditional chemical and biological routes. A biological method for producing 1,3-propanediol has recently been described (Non-Patent Document 1). Biological production of 1,3-propanediol requires glycerol as a substrate for a two-step sequential reaction. First, a dehydratase (typically a coenzyme B 12- dependent dehydratase) converts glycerol to the intermediate 3-hydroxypropionaldehyde (3-HP). Next, 3-HP is reduced to 1,3-propanediol by NADH- (or NADPH) -dependent oxidoreductase (see Formulas 1 and 2).
Glycerol → 3-HP + H 2 O (Formula 1)
3-HP + NADH + H + → 1,3-propanediol + NAD + (Formula 2)

1,3−プロパンジオールはさらに代謝されることなく、その結果、培養液中に高濃度で蓄積する。   1,3-propanediol is not further metabolized, and as a result, accumulates at a high concentration in the culture medium.

典型的にグリセロールは、1,3−プロパンジオールを生物学的に生成するための出発原料として使用される。しかしグルコースおよびその他の炭水化物もまた、1,3−プロパンジオール生成のための適切な基質である。具体的にはラフェンド(Laffend)ら(特許文献1、特許文献2)は、デヒドラターゼ活性を含んでなる単一微生物を使用して、グリセロールまたはジヒドロキシアセトン以外の炭素基質(特に、例えばグルコース)から1,3−プロパンジオールを製造する方法を開示する。エンプテイジ(Emptage)ら(特許文献3)は、3−HPを1,3−プロパンジオールに変換する非特異的触媒活性(dhaTによってコードされる1,3−プロパンジオール酸化還元酵素とは区別される)によって得られる力価(リットル当たりの生成グラム数)の顕著な増大について述べる。ペイン(Payne)ら(特許文献4)は、1,3−プロパンジオールを生物学的に生成するのに有用な特定のベクターおよびプラスミドを開示する。セレヴァン(Cervin)ら(特許文献5)は、1,3−プロパンジオールの高収率生成のための改善された大腸菌(E.coli)株を開示する。特許文献1、特許文献3、特許文献4、および特許文献5は、参照によってその全体を本明細書に援用したものとする。   Glycerol is typically used as a starting material for the biological production of 1,3-propanediol. However, glucose and other carbohydrates are also suitable substrates for 1,3-propanediol production. Specifically, Laffend et al. (US Pat. Nos. 5,099,069 and 5,037,096) use a single microorganism comprising dehydratase activity to produce 1 from a carbon substrate other than glycerol or dihydroxyacetone (especially glucose). , 3-Propanediol is disclosed. Emptage et al. (US Pat. No. 5,697,097) distinguishes from non-specific catalytic activity (converting 1,3-propanediol oxidoreductase encoded by dhaT) that converts 3-HP to 1,3-propanediol. The significant increase in titer (grams produced per liter) obtained by Payne et al. (US Pat. No. 5,637,097) disclose certain vectors and plasmids useful for biologically producing 1,3-propanediol. Cervin et al. (US Pat. No. 5,637,097) disclose an improved E. coli strain for high yield production of 1,3-propanediol. Patent document 1, patent document 3, patent document 4, and patent document 5 are incorporated herein by reference in their entirety.

グリセロールを3−HPに変換するのに関与する酵素は、主として補酵素B12依存性グリセロールデヒドラターゼ(E.C.4.2.1.30)および補酵素B12依存性ジオールデヒドラターゼ(E.C.4.2.1.28)として知られる補酵素B12依存性酵素である。これらの異なるが関係のある補酵素B12依存性酵素は、それらの分子および生化学的特性に関しては十分に研究されている。補酵素B12依存性デヒドラターゼの遺伝子は、例えば肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)、シトロバクター・フロインディ(Citrobacter freundii)、クロストリジウム・パスツーリアナム(Clostridium pasteurianum)、ネズミチフス菌(Salmonella typhimurium)、クレブシエラ・オキシトカ(Klebsiella oxytoca)、およびラクトバシラス・コリノイデス(Lactobacillus collinoides)で同定されている(非特許文献2、非特許文献3、および非特許文献4)。 Enzymes involved in converting glycerol to 3-HP are mainly coenzyme B 12- dependent glycerol dehydratase (EC 4.2.2.130) and coenzyme B 12- dependent diol dehydratase (EC .4.2.1.28) is a coenzyme B 12- dependent enzyme. These different but related coenzyme B 12- dependent enzymes have been well studied for their molecular and biochemical properties. The genes for coenzyme B 12- dependent dehydratase include, for example, Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Clostridium pasteurianum, and S. cerevisiae. Klebsiella oxytoca) and Lactobacillus collinoides have been identified (Non-patent Document 2, Non-patent Document 3, and Non-patent Document 4).

文献中で使用される遺伝子命名法には幅広いバリエーションがあるが、各例で補酵素B12依存性デヒドラターゼは、大型または「α」サブユニット、中型または「β」サブユニット、および小型または「γ」サブユニットの3個のサブユニットから構成される。これらのサブユニットは、αβγ構造体にアセンブルされてアポ酵素を形成する。補酵素B12(活性補助因子化学種)は、アポ酵素に結合して触媒的に活性のホロ酵素を形成する。補酵素B12は、それによって触媒作用が起きるラジカル機序に関与するので、触媒の活性のために必要とされる。 Although there are a wide variety of gene nomenclature used in the literature, in each case the coenzyme B 12- dependent dehydratase has a large or “α” subunit, a medium or “β” subunit, and a small or “γ” It consists of three subunits of subunits. These subunits are assembled into α 2 β 2 γ 2 structures to form apoenzymes. Coenzyme B 12 (Activity Cofactor Chemical Species) binds to the apoenzyme to form a catalytically active holoenzyme. Coenzyme B 12 is thereby so involved in the radical mechanism by which catalysis occurs, is required for activity of the catalyst.

生化学的に、補酵素B12依存性グリセロールおよび補酵素B12依存性ジオールデヒドラターゼの双方が、グリセロールおよびその他の基質による機序ベースの自殺不活性化を被ることが知られている(非特許文献3、非特許文献5)。さらに不活性化は、ホロ酵素と高濃度の1,3−プロパンジオールとの相互作用を通じて起きる。不活性化は補酵素B12補助因子のコバルト−炭素(Co−C)結合の開裂を伴い、5’−デオキシアデノシンの形成と不活性なコバラミン化学種をもたらす。不活性なコバラミン化学種はデヒドラターゼ密接に結合したままであり、補酵素B12依存性デヒドラターゼ再活性化因子(「デヒドラターゼ再活性化因子」)の介入なしには解離が起きない。この不活性化は3−HP形成に結びついた反応速度を顕著に低下でき、それによって間接的に1,3−プロパンジオール生成を減少させる。 Biochemically, both coenzyme B 12- dependent glycerol and coenzyme B 12- dependent diol dehydratase are known to undergo mechanism-based suicide inactivation by glycerol and other substrates (non-patent) Document 3, Non-Patent Document 5). Further inactivation occurs through the interaction of the holoenzyme with high concentrations of 1,3-propanediol. Inactivation cobalt coenzyme B 12 cofactor - involves cleavage of carbon (Co-C) bond results in the formation and inactive cobalamin species 5'-deoxyadenosine. Inactive cobalamin species remain closely bound to the dehydratase and dissociation does not occur without intervention of a coenzyme B 12- dependent dehydratase reactivation factor (“dehydratase reactivation factor”). This inactivation can significantly reduce the reaction rate associated with 3-HP formation, thereby indirectly reducing 1,3-propanediol production.

補酵素B12依存性デヒドラターゼ不活性化の影響は、部分的に克服できる。例えば不活性化は、デヒドラターゼ活性を再活性化するのに関与するタンパク質に依存して克服できる。デヒドラターゼ再活性化因子については、特許文献6、特許文献7、非特許文献3、非特許文献6、および非特許文献7で述べられる。再活性化は多段階プロセスで起きる。最初にATP−依存プロセスにおいて、不活性化された補酵素B12依存性デヒドラターゼとデヒドラターゼ再活性化因子との相互作用が、密接に結合した不活性なコバラミン化学種の放出を引き起こし、アポ酵素が生成する。引き続いてデヒドラターゼアポ酵素が補酵素B12と結合して、触媒的に活性なホロ酵素を再形成しても良く、(別のATP−依存プロセスで酵素作用によって)不活性なコバラミン化学種が補酵素B12に再生されても良い。しかしデヒドラターゼ再活性化および補酵素B12再生プロセスの双方がATPを必要とするので、デヒドラターゼ活性復元のためにデヒドラターゼ再活性化因子だけに依存することは、本質的に限定される。これらのATP−依存プロセスは、特に引き続く3−HPから1,3−プロパンジオールへの反応が存在して、1,3−プロパンジオール濃度が高い場合、グリセロールを3−HPに変換するプロセスに対する顕著なエネルギー負荷を意味する。 The effect of coenzyme B 12- dependent dehydratase inactivation can be partially overcome. For example, inactivation can be overcome depending on the protein involved in reactivating dehydratase activity. Dehydratase reactivation factors are described in Patent Document 6, Patent Document 7, Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 6, and Non-Patent Document 7. Reactivation occurs in a multi-step process. Initially, in an ATP-dependent process, the interaction between the inactivated coenzyme B 12- dependent dehydratase and the dehydratase reactivator causes the release of a tightly bound inactive cobalamin species, Generate. Subsequently dehydratase apoenzyme and combines with coenzyme B 12, catalytically may be re-form an active holoenzyme, (by enzymatic action in a different ATP- dependent process) inactive cobalamin species complement it may be played to the enzyme B 12. However, since both the dehydratase reactivation and the coenzyme B 12 regeneration process requires ATP, relying only on the dehydratase reactivation factor for dehydratase activity restoration is inherently limited. These ATP-dependent processes are notable for the process of converting glycerol to 3-HP, especially when there is a subsequent reaction from 3-HP to 1,3-propanediol and the 1,3-propanediol concentration is high. Energy load.

代案としては、1,3−プロパンジオール生成中に培地に添加する補酵素B12の量を増大させる、あるいは培養液に(生体内で(in vivo)補酵素B12に変換される)ビタミンB12を補充する、のいずれかで微生物に追加的な補酵素B12を供給することが可能である。しかしどちらの場合もこれらの添加経費が、プロセスの経済性を顕著に妨げるかもしれない。 As an alternative, the amount of coenzyme B 12 added to the medium during 1,3-propanediol production is increased, or vitamin B (which is converted into coenzyme B 12 in vivo) into the culture medium. recruit 12, it is possible to supply additional coenzyme B 12 to microorganisms either. In either case, however, these addition costs may significantly hinder the economics of the process.

クロウ(Croux)ら(特許文献8)は、補酵素B12非依存性デヒドラターゼを発現する組み換え微生物を使用して1,3−プロパンジオールを製造するプロセスを開発することで、補酵素B12依存性デヒドラターゼに関する問題に対処した。しかしこの解決法の有用性は、特定の好ましいプロセス条件下でB12非依存性デヒドラターが機能する能力によって限定されるかもしれない(例えば好気性条件下で(非特許文献8))。 Crowe (Croux) et (Patent Document 8), to develop a process for producing 1,3-propanediol using a recombinant microorganism that expresses a coenzyme B 12 -independent dehydratase, coenzyme B 12 dependent Addressed issues related to sex dehydratase. However the usefulness of this solution may be limited by the ability to function B 12 -independent Dehidorata in certain preferred process conditions (e.g., under aerobic conditions (Non-Patent Document 8)).

原理上は、自然発生微生物株から不活性化速度が低下した補酵素B12依存性デヒドラターゼを単離することが可能なはずである。低下した不活性化速度は、微生物宿主における補酵素B12依存性デヒドラターゼの代謝回転率(生成物mol/ホロ酵素mol)を増大させ、これによりデヒドラターゼおよび補酵素B12の要求量が低下する。このアプローチはそのレベルのデヒドラターゼおよび補酵素B12を維持するのに必要なエネルギーも低下させるであろう。しかし実際には、補酵素B12依存性デヒドラターゼの多様性は不活性化速度に関して限られていることが分かっている。 In principle, it should be possible to isolate coenzyme B 12 dependent dehydratase inactivation rate from spontaneous microbial strain was lowered. The reduced inactivation rate increases the turnover rate of coenzyme B 12- dependent dehydratase (product mol / holoenzyme mol) in the microbial host, thereby reducing the required amount of dehydratase and coenzyme B 12 . This approach would also reduce the energy needed to maintain the dehydratase and coenzyme B 12 for that level. In practice, however, the diversity of coenzyme B 12- dependent dehydratase has been found to be limited with respect to inactivation rate.

国際公開第96/35796号パンフレットWO96 / 35796 pamphlet 米国特許第5,686,276号明細書US Pat. No. 5,686,276 国際公開第01/012833号パンフレットInternational Publication No. 01/012833 Pamphlet 米国特許出願第60/374931号明細書US Patent Application No. 60 / 374,931 米国特許出願第60/416192号明細書US Patent Application No. 60/416192 国際公開第98/21341号パンフレットInternational Publication No. 98/21341 Pamphlet 米国特許第6,013,494号明細書US Pat. No. 6,013,494 国際公開第01/04324 A1号パンフレットInternational Publication No. 01/04324 A1 Pamphlet ゼング(Zeng)ら、Adv.Biochem.Eng.Biotechnol.、74:239〜259(2002)Zeng et al., Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 74: 239-259 (2002) トラヤ(Toraya)T.、アミノ酸残基および関連ラジカルに関与する金属結合酵素(Metalloenzymes Involving Amino Acid−Residue and Related Radicals)、シーゲル(Sigel)H.およびシーゲル(Sigel)A.編;生物学的システム中の金属イオン(Metal Ions in Biological Systems);マーセルデッカー(Marcel Dekker):ニューヨーク(New York)、1994;第30巻、pp217〜254Toraya T. , Metal binding enzymes involved in amino acid residues and related radicals (Metaloenzymes Involving Amino Acid-Residue and Related Radicals), Sigel H. et al. And Siegel A.M. Ed; Metal Ions in Biological Systems (Metal Ions in Biological Systems); Marcel Dekker: New York, 1994; Volume 30, pp 217-254 ダニエル(Daniel)ら、FEMS Microbilogy Reviews、22:553〜566(1999)Daniel et al., FEMS Microbiology Reviews, 22: 553-566 (1999). サウヴェージ(Sauvageot)ら、FEMS Microbiology Letters、209:69〜74(2002)Sauvaget et al., FEMS Microbiology Letters, 209: 69-74 (2002). サイフェルト(Seifert)ら、Eur.J.Biochem.、268:2369〜2378(2001)Seifert et al., Eur. J. et al. Biochem. 268: 2369-2378 (2001) トラヤ(Toraya)およびモリ(Mori)、J.Biol.Chem.、274:3372(1999)Toraya and Mori, J. et al. Biol. Chem. 274: 3372 (1999) トビマツ(Tobimatsu)ら、J.Bacteriol.、181:4110(1999)Tobimatsu et al., J. MoI. Bacteriol. 181: 1410 (1999) ハートマニス(Hartmanis)およびステードマン(Stadman)、Arch.Biochem.Biophys.、245:144〜52(1986)Hartmanis and Stadman, Arch. Biochem. Biophys. 245: 144-52 (1986)

したがって解決すべき問題は、現在入手できる補酵素B12依存性デヒドラターゼ酵素が、工業化合物の生成のために工業用途で必要な反応速度を提供できないことである。 Thus, the problem to be solved is that currently available coenzyme B 12- dependent dehydratase enzymes cannot provide the reaction rates necessary for industrial applications for the production of industrial compounds.

出願人らは、
(a)B12依存性デヒドラターゼホロ酵素と、グリセロールおよび少なくとも25mMの1,3−プロパンジオールを含んでなる混合物とを接触させ、
(b)B12依存性デヒドラターゼホロ酵素をスクリーニングして、B12依存性デヒドラターゼの代謝回転率を推定する
ことを含んでなる、改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼのスクリーニング方法を提供する。
Applicants
(A) contacting a B 12- dependent dehydratase holoenzyme with a mixture comprising glycerol and at least 25 mM 1,3-propanediol;
(B) screening the B 12-dependent dehydratase holoenzyme, comprising to estimate the turnover ratio of B 12-dependent dehydratase, it provides a method of screening for B 12-dependent dehydratase with improved reaction kinetics To do.

方法のスクリーニングステップは、
(a)補酵素B12、デヒドラターゼ再活性化因子、または内在性B12依存性デヒドラターゼの供給源を有さない細胞をグリセロールを含まない発酵性炭素基質上に生育させ、
(b)細胞を透過化処理し、
(c)補酵素B12、グリセロール、および少なくとも25mMの1,3−プロパンジオールの混合物をステップ(b)の透過化処理された細胞添加し、
(d)ステップ(c)で生産された3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを定量化する
ことをさらに含んでなり、
定量化は、T1、T2、およびT(600)よりなる群から選択される測定である。
The screening step of the method is
(A) growing cells that do not have a source of coenzyme B 12 , dehydratase reactivating factor, or endogenous B 12- dependent dehydratase on a fermentable carbon substrate that does not contain glycerol;
(B) permeabilizing the cells;
(C) adding the permeabilized cell of step (b) with a mixture of coenzyme B 12 , glycerol, and at least 25 mM 1,3-propanediol;
(D) further comprising quantifying the 3-hydroxypropionaldehyde produced in step (c);
Quantification is a measurement selected from the group consisting of T1, T2, and T (600).

本発明は、配列番号:40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、143、147、151、155、159、163、167、171、175、179、182、186、189、192、195、198、201、204、208、212、215、218、221、225、229、233、237、241、245、249、253、257、261、265、269、273、277、281、285、289、293、297、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337よりなる群から選択される、B12依存性変異株デヒドラターゼをコードする核酸配列をさらに含む。より好ましいB12依存性変異株デヒドラターゼは、配列番号:40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、143、147、151、155、159、163、167、171、175、179、182、186、189、192、195、198、201、204、208、212、215、218、221、225、229、233、237、241、245、249、253、257、261、265、269、273、277、281、285、289、293、297、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337よりなる群から選択される核酸配列によってコードされる。B12依存性変異株デヒドラターゼをコードするより好ましい核酸配列は、配列番号:140、179、186、189、192、195、198、201、212、215、218、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337よりなる群から選択されるα−βサブユニット融合を含んでなる。B12依存性変異株デヒドラターゼをコードする最も好ましい核酸配列は、配列番号313、322、および328よりなる群から選択されるα−βサブユニット融合を含んでなる。 The present invention relates to SEQ ID NOs: 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76, 80, 84, 88, 92, 96, 100, 104, 108, 112, 116, 120, 124. 128, 132, 136, 140, 143, 147, 151, 155, 159, 163, 167, 171, 175, 179, 182, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 204, 208, 212, 215 218, 221,225,229,233,237,241,245,249,253,257,261,265,269,273,277,281,285,289,293,297,301,304,307,310 313, 316, 319, 322, 325, 328, 331, 334, and 337 Further comprising a nucleic acid sequence encoding a B 12 dependent mutant dehydratase. More preferred B 12-dependent mutant dehydratase, SEQ ID NO: 40,44,48,52,56,60,64,68,72,76,80,84,88,92,96,100,104,108, 112, 116, 120, 124, 128, 132, 136, 140, 143, 147, 151, 155, 159, 163, 167, 171, 175, 179, 182, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 204, 208, 212, 215, 218, 221, 225, 229, 233, 237, 241, 245, 249, 253, 257, 261, 265, 269, 273, 277, 281, 285, 289, 293, 297, 301, 304, 307, 310, 313, 316, 319, 322, 325, 328, 331, 334 And 337, and is encoded by a nucleic acid sequence selected from the group consisting of 337. B 12 dependent more preferred nucleic acid sequence encoding a mutant dehydratase, SEQ ID NO: 140,179,186,189,192,195,198,201,212,215,218,301,304,307,310,313 316, 319, 322, 325, 328, 331, 334 and 337 comprising an α-β subunit fusion selected from the group consisting of. B most preferred nucleic acid sequence encoding a 12-dependent mutant dehydratase comprise an alpha-beta subunit fusion selected from the group consisting of SEQ ID NO: 313,322, and 328.

本発明はまた、α−βサブユニット融合のαおよびβサブユニット間にリンカー配列さらに含んでなる核酸配列を含み、リンカー配列は、配列番号18および配列番号19よりなる群から選択される。   The invention also includes a nucleic acid sequence further comprising a linker sequence between the α and β subunits of the α-β subunit fusion, wherein the linker sequence is selected from the group consisting of SEQ ID NO: 18 and SEQ ID NO: 19.

本発明はまた、
a)ホットスポット1またはホットスポット2を含んでなるB12依存性デヒドラターゼホロ酵素と変異原因物質とを接触させ、
b)ステップA)で生産された変異株を改善されたkcatおよび/または安定性についてスクリーニングし、そして
c)ステップa)およびb)を反復する
ことを含んでなる、改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼ変異株作り出す方法を含む。
The present invention also provides
a) contacting a B 12- dependent dehydratase holoenzyme comprising hot spot 1 or hot spot 2 with a causative agent,
b) having an improved reaction rate comprising screening the mutant produced in step A) for improved kcat and / or stability and c) repeating steps a) and b) B 12 comprising a method of creating dependency dehydratase mutants.

標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼを同定するための本発明のさらに別の方法は、
a)デヒドラターゼホロ酵素と5〜10mMのグリセロールおよび/または10〜300mMの1,3−プロパンジオールとを接触させ、
b)ハイスループットアッセイにおいて、kcatおよび総酵素代謝回転を推定するのに十分に隔たった少なくとも2個の時点で測定し、
c)標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性変異株を選択する
ことを含んでなる。
Yet another method of the invention for identifying a B 12- dependent dehydratase having an improved reaction rate compared to a standard dehydratase is:
a) contacting the dehydratase holoenzyme with 5-10 mM glycerol and / or 10-300 mM 1,3-propanediol,
b) measured in at least two time points sufficiently separated to estimate k cat and total enzyme turnover in a high-throughput assay;
c) comprises selecting a B 12 dependent mutants having kinetics which is improved compared to standard dehydratase.

標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼを同定するなおも別の本発明の方法は、
a)デヒドラターゼホロ酵素と5〜50mMグリセロールおよび>300mMの1,3−プロパンジオールとを接触させ、
b)ハイスループットアッセイにおいて、T0から十分に隔たった1つの時点で測定して、総酵素代謝回転数を推定し、そして
c)標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性変異株を選択する
ことを含んでなる。
Yet another method of the present invention to identify the B 12-dependent dehydratase having a reaction rate that is improved compared to the standard dehydratase,
a) contacting the dehydratase holoenzyme with 5-50 mM glycerol and> 300 mM 1,3-propanediol,
b) In a high-throughput assay, measured at one time well away from T0 to estimate the total enzyme turnover number, and c) Dependence on B 12 with improved kinetics compared to standard dehydratase Selecting a mutant strain.

配列リスト
出願人らは、特許出願におけるヌクレオチドおよびアミノ酸配列開示を司る規則(EPO通達OJ 12/1992、追補No.2で公開されるEPO長官決定の付録IおよびII)、37 C.F.R.1.821〜1.825および付録AおよびB(ヌクレオチドおよび/またはアミノ酸配列を含む出願の開示に関する要件)で述べられる、世界知的所有権機関(WIPO)標準ST.25(1998)およびEPOおよびPCTの配列表要件(規則5.2および49.5(aの2)、および実施細則第208号および附属書C)に一致する346個の配列を提供した。配列説明は、参照によって本明細書に援用するNucleic Acids Research、13:3021〜3030(1985)およびBiochemical Journal、219(2):345〜373(1984)で述べられるIUPAC−IYUB標準に準拠して定義される、ヌクレオチド配列性状のための1文字コードおよびアミノ酸のための3文字コードを含む。
Sequence Listing Applicants have rules governing the disclosure of nucleotide and amino acid sequences in patent applications (Appendix I and II of EPO Commissioner Decision published in EPO Circular OJ 12/1992, Addendum No. 2), 37 C.I. F. R. 1.821-1.825 and Appendix A and B (requirements for disclosure of applications containing nucleotide and / or amino acid sequences), World Intellectual Property Organization (WIPO) standard ST. 25 (1998) and 346 sequences consistent with EPO and PCT sequence listing requirements (Rules 5.2 and 49.5 (a-2), and Detailed Operating Instructions 208 and Annex C) were provided. The sequence description is in accordance with the IUPAC-IYUB standard described in Nucleic Acids Research, 13: 3021-3030 (1985) and Biochemical Journal, 219 (2): 345-373 (1984), incorporated herein by reference. Includes the defined one-letter code for nucleotide sequence properties and three-letter code for amino acids.

配列番号1は、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC25955(エンプテイジ(Emptage)ら、国際公開第01/012833 A2号パンフレット)から単離された野生型GDHを含有する12.1kBのEcoRI−SalI断片である。野生型GDHは、α−サブユニット(bp 7044〜8711)、β−サブユニット(bp 8724〜9308)、およびγ−サブユニット(bp 9311〜9736)によってコードされる。GDHのα、β、およびγ−サブユニットのアミノ酸配列は、それぞれ配列番号2、配列番号3、および配列番号4として提供される。   SEQ ID NO: 1 is a 12.1 kB EcoRI-SalI fragment containing wild type GDH isolated from Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 (Emptage et al., WO 01/012833 A2) . Wild-type GDH is encoded by the α-subunit (bp 7044-8711), β-subunit (bp 8724-9308), and γ-subunit (bp 9311-9736). The amino acid sequences of the GDH α, β, and γ-subunits are provided as SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, and SEQ ID NO: 4, respectively.

配列番号5および6は、プラスミドpGH20からのGDHのクローニングのために使用されるプライマーDHA−F1およびDHA−R1をそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 5 and 6 encode primers DHA-F1 and DHA-R1, respectively, used for cloning GDH from plasmid pGH20.

配列番号7は、GDHのα−サブユニット全体およびβ−サブユニットの一部のクローニングのために使用される逆転写プライマーDHA−R2をコードする。   SEQ ID NO: 7 encodes the reverse transcription primer DHA-R2, which is used for cloning the entire α-subunit and part of the β-subunit of GDH.

配列番号8〜14は、α−サブユニットの領域性無作為変異誘発のために使用されるプライマーpGD20RM−F1、pGD20RM−R1、TB4BF、TB4BR、pGD20RM−F2、pGD20RM−R2、およびGD−Cをそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 8-14 include primers pGD20RM-F1, pGD20RM-R1, TB4BF, TB4BR, pGD20RM-F2, pGD20RM-R2, and GD-C used for regional random mutagenesis of the α-subunit. Code each.

配列番号15〜17は、領域性無作為変異株ライブラリーの調製のために使用される変性プライマーpGD20RM−F3、TB4B−R1、およびpGD20RM−R4をそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 15-17 encode degenerate primers pGD20RM-F3, TB4B-R1, and pGD20RM-R4, respectively, used for the preparation of regional randomized mutant libraries.

配列番号18は、融合タンパク質Sma3002のα−およびβ−サブユニット間のリンカーをコードする。配列番号19は、融合タンパク質Xba3009のα−およびβ−サブユニット間のリンカーをコードする。   SEQ ID NO: 18 encodes a linker between the α- and β-subunits of the fusion protein Sma3002. SEQ ID NO: 19 encodes a linker between the α- and β-subunits of the fusion protein Xba3009.

配列番号20〜25は、第二世代変異株GDHの合成のために使用されるプライマー2−F4−F1、2−F4−R1、12−B1−F1、12−B1−R1、16−H5−F1、および16−H5−R1をそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 20-25 are primers 2-F4-F1,2-F4-R1,12-B1-F1,12-B1-R1,16-H5-used for the synthesis of second generation mutant GDH F1 and 16-H5-R1 are encoded respectively.

配列番号26〜29は、純粋融合変異株1−E1および22−G7を作り出すために使用されるプライマー1−E1−F1、1−E1−R1、22−G7−F1、および22−G7−R1をそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 26-29 are primers 1-E1-F1, 1-E1-R1, 22-G7-F1, and 22-G7-R1 used to create pure fusion mutants 1-E1 and 22-G7 Is coded respectively.

配列番号30〜39は、Sma3002−由来変異株の合成のために使用されるプライマー7A−C1−F1、7A−C1−R1、7C−A5−F1、7C−A5−R1、8−C9−F1、8−C9−R1、9−D7−F1、9−D7−R1、10−G6−F1、および10−G6−R1をそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 30-39 are primers 7A-C1-F1, 7A-C1-R1, 7C-A5-F1, 7C-A5-R1, 8-C9-F1 used for the synthesis of Sma3002-derived mutants , 8-C9-R1, 9-D7-F1, 9-D7-R1, 10-G6-F1, and 10-G6-R1 respectively.

野生型GDHから誘導される変異酵素は、それぞれの核酸配列およびアミノ酸配列に従って、以下のSEQ識別番号を割り当てられる(表1)。   Mutant enzymes derived from wild type GDH are assigned the following SEQ ID numbers according to their nucleic acid and amino acid sequences (Table 1).

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

配列番号340〜342は、プライマーT53−SM、L509−SM、およびV224−SMをそれぞれコードする。   SEQ ID NOs: 340-342 encode primers T53-SM, L509-SM, and V224-SM, respectively.

配列番号343および344は、プライマーGDHM−F1およびGDHM−R1をそれぞれのコードする。   SEQ ID NOs: 343 and 344 encode the primers GDHM-F1 and GDHM-R1, respectively.

配列番号345および346は、プライマーGDHM−F2およびGDHM−Rをそれぞれのコードする。   SEQ ID NOs: 345 and 346 encode the primers GDHM-F2 and GDHM-R, respectively.

出願人らは、工業用途で使用するための、具体的には3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドおよび1,3−プロパンジオールを製造するための改善された反応速度を有する(すなわちグリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で増大した総代謝回転数を提供する)人工的補酵素B12依存性デヒドラターゼを提供することで既述の問題を解決した。変異誘発技術によって作り出されたこれらのデヒドラターゼは、それらがそれから作り出された野生型酵素と比較して、増大したkcatおよび/または低下した酵素不活性化速度のいずれかを有することで特徴づけられる。 Applicants have improved reaction rates for use in industrial applications, in particular for producing 3-hydroxypropionaldehyde and 1,3-propanediol (ie glycerol and 1,3-propane). Providing an artificial coenzyme B 12- dependent dehydratase (providing an increased total turnover number in the presence of diols) solved the stated problem. These dehydratases created by mutagenesis techniques are characterized by having either an increased k cat and / or a reduced enzyme inactivation rate compared to the wild-type enzyme produced therefrom. .

本発明の人工的補酵素B12依存性デヒドラターゼは、触媒作用速度の不当な犠牲なしに不活性化速度を低下させる。デヒドラターゼ不活性化問題のこの解決法は、微生物宿主において補酵素B12依存性デヒドラターゼの代謝回転率(生成物mol/ホロ酵素mol)を増大させるので好ましい。増大した代謝回転率の効果は、デヒドラターゼ要求量、補酵素B12要求量、およびエネルギー消費を低下させて、そのデヒドラターゼおよび補酵素B12レベルを維持する。さらに補酵素B12依存性デヒドラターゼは、工業プロセス条件下での1,3−プロパンジオール生成のために効率的に作動することが実証されている。 The artificial coenzyme B 12- dependent dehydratase of the present invention reduces the inactivation rate without undue sacrifice of the rate of catalysis. This solution to the dehydratase inactivation problem is preferred because it increases the turnover rate of coenzyme B 12- dependent dehydratase (product mol / holoenzyme mol) in the microbial host. The effect of increased turnover reduces dehydratase demand, coenzyme B 12 demand, and energy expenditure to maintain the dehydratase and coenzyme B 12 levels. Furthermore, the coenzyme B 12- dependent dehydratase has been demonstrated to work efficiently for the production of 1,3-propanediol under industrial process conditions.

一連の変異株デヒドラターゼを提供するのに加えて、本発明は2個のハイスループットアッセイも提供して、変異株デヒドラターゼのスクリーニングを容易にする。どちらの方法も補酵素B12、デヒドラターゼ再活性化因子、またはB12依存性依存デヒドラターゼの供給源を有さない細胞における、アポ酵素形態のB12依存性デヒドラターゼの存在に依存する。したがって補酵素B12および基質グリセロールの添加に基づいて、デヒドラターゼ活性の開始を正確に制御することが可能である。 In addition to providing a series of mutant dehydratases, the present invention also provides two high-throughput assays to facilitate screening of mutant dehydratases. Both methods coenzyme B 12, dehydratase reactivation factor, or in cells that do not have a source of B 12-dependent dependent dehydratase, it is dependent on the presence of B 12-dependent dehydratase apoenzyme form. Therefore, based on the addition of coenzyme B 12 and substrate glycerol, it is possible to accurately control the start of the dehydratase activity.

具体的には、変異補酵素B12依存性デヒドラターゼ遺伝子の大きなライブラリーを作成して、遺伝子産物を発現させ、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール混合物存在下での不活性化低下についてハイスループット様式でスクリーニングした。スクリーニング方法は、低下した不活性化速度および改善されたグリセロール触媒作用速度を有するこれらの人工的補酵素B12依存性デヒドラターゼの容易で迅速な同定を可能にする。引き続くデヒドラターゼエンジニアリングの工程は、なおさらに改善されたデヒドラターゼ変異体の生成および同定を可能にする。 Specifically, a large library of mutant coenzyme B 12- dependent dehydratase genes is created to express the gene product and a high throughput mode for reduced inactivation in the presence of a mixture of glycerol and 1,3-propanediol Screened. The screening method allows easy and rapid identification of these artificial coenzyme B 12- dependent dehydratases with reduced inactivation rate and improved glycerol catalysis rate. Subsequent dehydratase engineering steps allow the generation and identification of even further improved dehydratase variants.

ここでの教示に基づいて、本発明で述べられるように、グリセロールから3−HPへの転換を触媒できるB12依存性デヒドラターゼ活性をコードする多様な遺伝子が、変異誘発およびスクリーニングのための標的として適することは、当業者には明らかである。したがって改善された反応速度(すなわちグリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下における増大した総代謝回転数)を有する多様な変異株デヒドラターゼが、この発明の手段によって同定できることが期待される。 Based on the teachings herein, as will be described in the present invention, a variety of genes encoding catalysts may B 12-dependent dehydratase activity the conversion of glycerol to 3-HP is, as a target for mutagenesis and screening Appropriateness will be apparent to those skilled in the art. Thus, it is expected that a variety of mutant dehydratases with improved kinetics (ie increased total turnover in the presence of glycerol and 1,3-propanediol) can be identified by means of this invention.

定義
明細書および請求項の解釈のために、以下の略語および定義が使用される。
Definitions The following abbreviations and definitions are used for the interpretation of the specification and the claims.

「ポリメラーゼ連鎖反応」は、PCRという形に省略する。   “Polymerase chain reaction” is omitted in the form of PCR.

「3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド」は、3−HPという形に省略する。   “3-Hydroxypropionaldehyde” is omitted in the form of 3-HP.

「デヒドラターゼ」という用語は、グリセロール分子を生成物3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドに異性化または変換できるあらゆる酵素を指すために使用する。上述のようにいくつかのデヒドラターゼは、補助因子として補酵素B12を必要とする。「補酵素B12依存性デヒドラターゼ」および「B12依存性デヒドラターゼ」という用語は区別なく使用され、補酵素B12を必要とするデヒドラターゼを指す。補酵素B12依存性デヒドラターゼは、補酵素B12依存性デヒドラターゼ(E.C.4.2.1.30)および補酵素B12依存性デヒドラターゼ(E.C.4.2.1.28)を含んでなる。代案としては、デヒドラターゼは補酵素B12非依存性であっても良い。これらの酵素は補助因子として補酵素B12を必要とせず、「B12非依存性デヒドラターゼ」という用語で呼ばれる。本発明の目的で、「グリセロールデヒドラターゼ」と言う用語は、特に補酵素B12依存性デヒドラターゼ(E.C.4.2.1.30)を指すために使用され、「ジオールデヒドラターゼ」と言う用語は、特に補酵素B12依存性デヒドラターゼ(E.C.4.2.1.28)を指すために使用される(出願人らの命名法の意図的選択は、B12非依存性デヒドラターゼを「ジオールデヒドラターゼ」および「グリセロールデヒドラターゼ」とそれぞれ称したハートマニス(Hartmanis)およびステードマン(Stadman)、同上、およびクラウス(Croux)ら、同上、の選択と混同すべきでない)。 The term “dehydratase” is used to refer to any enzyme capable of isomerizing or converting a glycerol molecule to the product 3-hydroxypropionaldehyde. Some dehydratase as described above, require coenzyme B 12 as a cofactor. The terms “coenzyme B 12- dependent dehydratase” and “B 12- dependent dehydratase” are used interchangeably and refer to a dehydratase that requires coenzyme B 12 . The coenzyme B 12- dependent dehydratase is a coenzyme B 12- dependent dehydratase (EC 4.2.1.30) and a coenzyme B 12- dependent dehydratase (EC 4.2.1.28). Comprising. Alternatively, dehydratase may be coenzyme B 12-independent. These enzymes do not require coenzyme B 12 as a cofactor, called by the term "B 12 -independent dehydratase". For the purposes of the present invention, the term “glycerol dehydratase” is used to refer specifically to the coenzyme B 12- dependent dehydratase (EC 4.2.1.30) and the term “diol dehydratase”. Is used to refer specifically to the coenzyme B 12- dependent dehydratase (EC 4.2.2.1.28) (the intentional choice of Applicants' nomenclature is to identify the B 12 -independent dehydratase Hartmanis and Stadman, supra, and Croux et al., Supra, referred to as “diol dehydratase” and “glycerol dehydratase”, respectively, should not be confused with the selection.

「アポ酵素」と言う用語は、タンパク質から構成される酵素の部分を指す。アポ酵素は、酵素が機能するために必要とするかもしれない非タンパク質構造を含まないので、アポ酵素は触媒的に不活性であっても良い。「補助因子」と言う用語は、アポ酵素によって触媒の活性のために必要とされる非タンパク質構造を指す。「ホロ酵素」と言う用語は、触媒的に活性なタンパク質−補助因子複合体を指す。補酵素B12依存性デヒドラターゼアポ酵素は、ホロ酵素を形成するために補助因子補酵素B12を必要とする。 The term “apoenzyme” refers to the part of an enzyme composed of proteins. Since apoenzymes do not contain non-protein structures that may be required for the enzyme to function, the apoenzymes may be catalytically inactive. The term “cofactor” refers to the non-protein structure required by the apoenzyme for catalytic activity. The term “holoenzyme” refers to a catalytically active protein-cofactor complex. Coenzyme B 12- dependent dehydratase apoenzyme requires cofactor coenzyme B 12 to form a holoenzyme.

「補酵素B12」および「アデノシルコバラミン」と言う用語は区別なく使用されて、5’−デオキシアデノシルコバラミンを意味する。 The terms “coenzyme B 12 ” and “adenosylcobalamin” are used interchangeably and mean 5′-deoxyadenosylcobalamin.

「ビタミンB12」および「シアノコバラミン」と言う用語は区別なく使用されて、上軸5’−デオキシ−5’−アデノシルリガンドが、シアノ部分にによって置換される補酵素B12の誘導体を指す。 The terms “vitamin B 12 ” and “cyanocobalamin” are used interchangeably to refer to a derivative of coenzyme B 12 in which the upper axis 5′-deoxy-5′-adenosyl ligand is replaced by a cyano moiety.

「ヒドロキソコバラミン」は、上軸5’−デオキシアデノシルリガンドがヒドロキシ部分によって置換される補酵素B12の誘導体を指す。アクアコバラミンは、ヒドロキソコバラミンのプロトン化形態である。 “Hydroxocobalamin” refers to a derivative of coenzyme B 12 in which the upper shaft 5′-deoxyadenosyl ligand is replaced by a hydroxy moiety. Aquacobalamin is a protonated form of hydroxocobalamin.

グリセロールまたは1,3−プロパンジオールによるB12非依存性デヒドラターゼホロ酵素の不活性化は、上軸5’−デオキシ−5’−アデノシルリガンドを失った不活性なコバラミン化学種の形成をもたらす。「補酵素B12前駆物質」と言う用語は、上軸5’−デオキシアデノシルリガンドが置換されている補酵素B12の誘導体を指す。 Inactivation of the B 12 -independent dehydratase holoenzyme with glycerol or 1,3-propanediol results in the formation of an inactive cobalamin species that has lost the upper axis 5'-deoxy-5'-adenosyl ligand. The term “coenzyme B 12 precursor” refers to a derivative of coenzyme B 12 in which the upper axis 5′-deoxyadenosyl ligand is replaced.

ここでの用法では、「GDH」と言う用語は、特に肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC25955から単離され、配列番号1のbp 7044〜8711、bp 8724〜9308、およびbp 9311〜9736によってコードされるB12依存性グリセロールデヒドラターゼを指す。「GDH」と言う用語は、α、β、およびγ−サブユニットのアセンブルされた複合体を指すのに使用され、アポ酵素またはホロ酵素を指しても良い。GDHの個々のサブユニットへの言及は、例えば「GDHのα−サブユニット」または「GDHα−サブユニット」などのサブユニットを特定する。同様にα−およびβ−およびγ−サブユニットを総称して、あるいはGDHの個々のサブユニットに言及して、GDHのアミノ酸配列に言及しても良い。GDHのα、β、およびγ−サブユニットのアミノ酸配列は、それぞれ配列番号2、配列番号3、および配列番号4として提供される。   As used herein, the term “GDH” is specifically isolated from Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 and is encoded by bp 7044-8711, bp 8724-9308, and bp 9311-9736 of SEQ ID NO: 1. Refers to B12-dependent glycerol dehydratase. The term “GDH” is used to refer to an assembled complex of α, β, and γ-subunits, and may refer to an apoenzyme or holoenzyme. References to individual subunits of GDH identify subunits such as “GDH α-subunit” or “GDH α-subunit”. Similarly, the α- and β- and γ-subunits may be referred to generically, or to the individual subunits of GDH, and the amino acid sequence of GDH may be referred to. The amino acid sequences of the GDH α, β, and γ-subunits are provided as SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, and SEQ ID NO: 4, respectively.

この発明の開示の目的では、GDHは、人工的(変異株)誘導体との比較でDNAおよびアミノ酸配列の標準として使用される。GDHはまた、本発明を使用して作り出された人工的誘導体の反応速度がそれに対して測定される、野生型反応速度の標準として使用される。ここではGDHが標準材料として使用されるが、あらゆる自然発生的補酵素B12−依存デヒドラターゼ(例えば表2に列挙されるもの)が本発明においてGDHと区別なく使用でき、それに対して人工的誘導体の反応速度が測定される。 For purposes of this disclosure, GDH is used as a standard for DNA and amino acid sequences in comparison to artificial (mutant) derivatives. GDH is also used as a standard for wild-type kinetics, against which the kinetics of artificial derivatives created using the present invention are measured. Although GDH is used here as a standard material, any naturally occurring coenzyme B 12 -dependent dehydratase (eg those listed in Table 2) can be used in the present invention indistinguishably from GDH, against which artificial derivatives The reaction rate of is measured.

「遺伝的に変更される」と言う用語は、形質転換または変異によって遺伝的材料を変化させるプロセスを指す。   The term “genetically altered” refers to the process of changing genetic material by transformation or mutation.

ここでの用法では、「変異株」と言う用語は、変異プロセスによって生成したGDH酵素またはGDH配列を含有する細菌クローン、プラスミド、ライブラリーまたはベクターを指す。代案としては、変異株と言う用語は、変異プロセスによって生じたGDH酵素、GDHアミノ酸配列、またはGDH DNA配列を直接指す。したがって変異株GDHは(野生型)GDHとは異なる。   As used herein, the term “mutant strain” refers to a bacterial clone, plasmid, library or vector containing a GDH enzyme or GDH sequence produced by a mutation process. Alternatively, the term mutant refers directly to the GDH enzyme, GDH amino acid sequence, or GDH DNA sequence produced by the mutation process. Mutant GDH is therefore different from (wild-type) GDH.

「改善された反応速度」と言う用語は、グリセロールおよび/または1,3−プロパンジオール存在下で、野生型酵素に対して低下したデヒドラターゼ不活性化速度を指す。したがって改善された反応速度は、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で、増大した総酵素代謝回転数に関係がある。これはkcatの増大および/または酵素不活性化速度の低下のどちらかによって達成できる。 The term “improved reaction rate” refers to a reduced dehydratase inactivation rate relative to the wild-type enzyme in the presence of glycerol and / or 1,3-propanediol. Thus, the improved reaction rate is related to the increased total enzyme turnover in the presence of glycerol and 1,3-propanediol. This can be achieved either by increasing k cat and / or decreasing the rate of enzyme inactivation.

「触媒効率」と言う用語は、酵素のkcat/Kとして定義される。「触媒効率」は、基質に対する酵素の特異性を定量化するのに使用される。 The term “catalytic efficiency” is defined as the enzyme's k cat / K M. “Catalytic efficiency” is used to quantify the specificity of an enzyme for a substrate.

「kcat」、「K」、および「K」と言う用語は当業者に知られており、(フェルスト(Ferst)著、「酵素構造および機序(Enzyme Structure and Mechanism)」第二版、W.H.フリーマン(Freeman)、ニューヨーク(New York)、1985、pp98〜120)で述べられている。 The terms “k cat ”, “K M ”, and “K i ” are known to those skilled in the art, (Ferst, Enzyme Structure and Mechanism, 2nd edition. , WH Freeman, New York, 1985, pp 98-120).

「kcat」と言う用語は、「代謝回転数」と呼ばれることが多い。「kcat」と言う用語は、単位時間あたり活性部位あたりの生成物に変換される基質分子の最大数、または単位時間あたりに酵素が回転する数として定義される。kcat=V最大/[E]、(式中、[E]は酵素濃度である)(フェルスト(Ferst)著、「酵素構造および機序(Enzyme Structure and Mechanism)」第二版、W.H.フリーマン(Freeman)、ニューヨーク(New York)、1985、pp98〜120)。「総代謝回転」および「総代謝回転数」と言う用語は、ここでは反応開始(T)とホロ酵素の完全な不活性化が起きる間に、B12依存性デヒドラターゼホロ酵素とグリセロールとの(場合により1,3−プロパンジオール存在下での)反応によって形成される生成物量を指すのに使用される。 The term “k cat ” is often referred to as “turnover number”. The term “k cat ” is defined as the maximum number of substrate molecules converted to product per active site per unit time, or the number of rotations of the enzyme per unit time. k cat = V max / [E], where [E] is the enzyme concentration (Ferst, Enzyme Structure and Mechanism, 2nd edition, W.H. Freeman, New York, 1985, pp 98-120). The terms “total turnover” and “total turnover number” refer here to the B12-dependent dehydratase holoenzyme with glycerol (T 0 ) and complete inactivation of the holoenzyme Used to refer to the amount of product formed by the reaction (optionally in the presence of 1,3-propanediol).

「K」と言う用語は、1,3−プロパンジオールの阻害定数を指す。 The term “K i ” refers to the inhibition constant of 1,3-propanediol.

「k観察された不活性」と言う用語は、B12依存性デヒドラターゼホロ酵素と過剰なグリセロールおよび/または過剰な1,3−プロパンジオールとの反応において観察される、不活性化の一次反応速度定数を指す。過剰なグリセロールのみの存在下で、k観察された不活性はk不活性グリセロールに等しい。過剰な1,3−プロパンジオールのみの存在下で、k観察された不活性はk不活性1,3−プロパンジオールに等しい。過剰なグリセロールおよび過剰な1,3−プロパンジオール単独双方存在下で、k観察された不活性は、k不活性グリセロールおよびk不活性1,3−プロパンジオール双方の関数に等しい。 The term “k observed inactivity ” refers to the first order kinetics of inactivation observed in the reaction of B 12- dependent dehydratase holoenzyme with excess glycerol and / or excess 1,3-propanediol. Points to a constant. In the presence of excess glycerol alone, the observed inactivity is equal to k inactive glycerol . In the presence of excess 1,3-propanediol only, the observed inactivity is equal to k -inactive 1,3-propanediol . In the presence of both excess glycerol and excess 1,3-propanediol alone, the observed inactivity is equal to a function of both k -inactive glycerol and k -inactive 1,3-propanediol .

「T1」と言う用語は、10mMのグリセロールおよび50mMの1,3−プロパンジオール存在下で、反応開始30秒後に測定されるGDH酵素反応によって作られる生成物量を指す。T1はkcatに比例する。 The term “T1” refers to the amount of product made by the GDH enzyme reaction measured 30 seconds after the start of the reaction in the presence of 10 mM glycerol and 50 mM 1,3-propanediol. T1 is proportional to k cat .

「T2」と言う用語は、10mMのグリセロールおよび50mMの1,3−プロパンジオール存在下で、反応開始40分後に測定されるGDH酵素反応によって作られる生成物量を指す。T2はkcat/k観察された不活性に比例し、総酵素総代謝回転数を反映する。 The term “T2” refers to the amount of product made by the GDH enzyme reaction measured 40 minutes after the start of the reaction in the presence of 10 mM glycerol and 50 mM 1,3-propanediol. T2 is proportional to k cat / k observed inactivity and reflects the total enzyme turnover number.

「T2/T1比率」と言う用語は、T2とT1との比率を指す。T2/T1比率は、1/k観察された不活性に比例する。 The term “T2 / T1 ratio” refers to the ratio of T2 to T1. The T2 / T1 ratio is proportional to the 1 / k observed inactivity .

「T2(600)」と言う用語は、10mMのグリセロールおよび600mMの1,3−プロパンジオール存在下で、反応開始40分後に測定されるGDH酵素反応によって作られる生成物量を指す。T2(600)はkcat/k観察された不活性に比例し、600mMの1,3−プロパンジオール存在下における総酵素総代謝回転数を反映する。 The term “T2 (600)” refers to the amount of product made by the GDH enzyme reaction measured 40 minutes after the start of the reaction in the presence of 10 mM glycerol and 600 mM 1,3-propanediol. T2 (600) is proportional to k cat / k observed inactivity and reflects the total enzyme turnover in the presence of 600 mM 1,3-propanediol.

「T(600)」と言う用語は、10mMのグリセロールおよび600mMの1,3−プロパンジオール存在下で、反応開始70分後に測定されるGDH酵素反応によって作られる生成物量を指す。T(600)はkcat/k観察された不活性に比例する。T(600)値は、600mM1,3−プロパンジオール存在下においてT2(600)よりも正確な総酵素代謝回転数を与える。 The term “T (600)” refers to the amount of product made by the GDH enzyme reaction measured 70 minutes after the start of the reaction in the presence of 10 mM glycerol and 600 mM 1,3-propanediol. T (600) is proportional to k cat / k observed inactivity . The T (600) value gives a more accurate total enzyme turnover than T2 (600) in the presence of 600 mM 1,3-propanediol.

「ポリペプチド」および「タンパク質」と言う用語は、区別なく使用される。   The terms “polypeptide” and “protein” are used interchangeably.

「宿主細胞」または「宿主生物体」と言う用語は、外来性または非相同的遺伝子を受け入れてこれらの遺伝子を発現し、活性遺伝子産物を生成できる微生物を指す。   The term “host cell” or “host organism” refers to a microorganism that can accept foreign or heterologous genes to express these genes and produce active gene products.

「単離された」と言う用語は、それが自然に関連する少なくとも1個の構成要素から取り除かれるタンパク質またはDNA配列を指す。   The term “isolated” refers to a protein or DNA sequence that is removed from at least one component with which it is naturally associated.

「単離された核酸分子」は、場合により合成、非天然または修飾ヌクレオチド塩基を含有する、一本鎖または二本鎖であるRNAまたはDNAのポリマーである。DNAポリマーの形態の単離された核酸分子は、1個またはそれ以上のcDNA、ゲノムDNAまたは合成DNAの断片を含んでなっても良い。   An “isolated nucleic acid molecule” is a polymer of RNA or DNA that is single-stranded or double-stranded, optionally containing synthetic, non-natural or modified nucleotide bases. An isolated nucleic acid molecule in the form of a DNA polymer may comprise one or more fragments of cDNA, genomic DNA or synthetic DNA.

「遺伝子」とは、特定のタンパク質を発現する核酸断片を指し、場合によってはコード配列に先行する(5’非コード配列)およびそれに続く(3’非コード配列)制御配列を含んでも良い。「天然遺伝子」および「野生型遺伝子」は、自然界にそれ自体の制御配列と共に見られる遺伝子を指す。「キメラ遺伝子」とは、自然界に共に見られない制御およびコード配列を含んでなる天然遺伝子でないあらゆる遺伝子を指す。したがって、キメラ遺伝子は、異なる供給源から誘導される制御配列およびコード配列、あるいは同一供給源から誘導されるが、自然界に見られるのとは異なるやり方で配列される制御配列およびコード配列を含んでなっても良い。「内因性の遺伝子」とは、生物体ゲノムにおいてその天然位置にある天然遺伝子を指す。「外来性の」遺伝子とは、宿主生物体において常態では見られないが、代わりに遺伝子移入によって宿主生物体に導入される遺伝子を指す。外来性の遺伝子は、非天然生物体中に挿入された天然遺伝子、あるいはキメラ遺伝子を含んでなることができる。「導入遺伝子」とは、形質転換によってゲノム中に導入される遺伝子である。   “Gene” refers to a nucleic acid fragment that expresses a particular protein and may optionally include regulatory sequences preceding (5 ′ non-coding sequences) and following (3 ′ non-coding sequences) the coding sequence. “Native gene” and “wild type gene” refer to a gene found in nature with its own regulatory sequences. “Chimeric gene” refers to any gene that is not a native gene, comprising regulatory and coding sequences that are not found together in nature. Thus, a chimeric gene comprises regulatory and coding sequences that are derived from different sources, or derived from the same source, but arranged in a manner different from that found in nature. It may be. “Endogenous gene” refers to a natural gene in its natural location in the genome of an organism. A “foreign” gene refers to a gene that is not normally found in the host organism, but is instead introduced into the host organism by gene transfer. The exogenous gene can comprise a natural gene inserted into a non-natural organism or a chimeric gene. A “transgene” is a gene that is introduced into the genome by transformation.

「コードする」および「コーディング」と言う用語は、それによって遺伝子が、転写および翻訳の機序を通じてアミノ酸配列を生成するプロセスを指す。特定のアミノ酸配列をコードするプロセスは、コードされるアミノ酸における変化を引き起こさない塩基置換を伴うかもしれないDNA配列を含み、あるいは1個またはそれ以上アミノ酸を変更するかもしれないが、DNA配列によってコードされるタンパク質の官能特性に影響しない塩基置換を伴うDNA配列を含むものと理解される。したがって本発明は、特定の例示的な配列以上のものを包含するものと理解される。   The terms “encoding” and “coding” refer to the process by which a gene generates an amino acid sequence through transcriptional and translational mechanisms. The process of encoding a particular amino acid sequence includes a DNA sequence that may involve base substitutions that do not cause a change in the encoded amino acid, or may alter one or more amino acids, but is encoded by the DNA sequence It is understood to include DNA sequences with base substitutions that do not affect the sensory properties of the protein being processed. Accordingly, the present invention is understood to encompass more than a particular exemplary sequence.

「アミノ酸」と言う用語は、タンパク質またはポリペプチドの基本的化学構造単位を指す。アミノ酸は、参照によって本明細書に援用するNucleic Acids Research、13:3021〜3030(1985)およびBiochemical Journal、219(2):345〜373(1984)で述べられるIUPAC−IYUB標準に準拠して定義されるように、1文字コードまたはアミノ酸のための3文字コードのいずれかによって識別される。   The term “amino acid” refers to the basic chemical structural unit of a protein or polypeptide. Amino acids are defined according to the IUPAC-IYUB standard described in Nucleic Acids Research, 13: 3021-3030 (1985) and Biochemical Journal, 219 (2): 345-373 (1984), incorporated herein by reference. As identified by either the one letter code or the three letter code for amino acids.

特定のタンパク質では、DNAコード領域内の点置換変異、および得られるアミノ酸変化は、以下の表記法の1つを使用して、標準DNAおよびアミノ酸配列を参照して特定される。例えばGDHにおける変異の場合、変異は下で述べる表記法の1つを使用して記述される。
1.詳細な表記法:最初に野生型コドンのヌクレオチド配列が提示され、続いて「α」、「β」または「γ」記号(GDHのα−、β−、またはγ−サブユニットの変異を区別するため)、3文字略語の特定の野生型アミノ酸、およびその位置が提示される。次に野生型情報の後に、参照される変異中に存在する特定のヌクレオチドおよびアミノ酸修飾が続く。この表記法の例はGGG(α−Gly63)からGGA(Gly)であり、ここではα−サブユニットの63番目のコドンが、変異株においてヌクレオチド配列が「GGG」から「GGA」に変更されるようにサイレント変異を被る。
2.「簡略」表記法:「α」、「β]、または「γ」の記号(GDHのα−、β−またはγ−サブユニットにおける変異と区別するため)に、野生型アミノ酸の1文字略語、コドン位置、および変異株アミノ酸の1文字略語が続く。この表記法の例はα−V224Lであり、変異株におけるα−サブユニット中のコドン224における野生型バリンからロイシンへの変異を表す。特定部位で化学的に同等のアミノ酸の生成をもたらす(しかしコードされるタンパク質官能特性に影響しない)遺伝子における変更が一般的であることは、技術分野で良く知られている。
For certain proteins, point substitution mutations within the DNA coding region, and resulting amino acid changes, are identified with reference to standard DNA and amino acid sequences using one of the following notations. For example, in the case of a mutation in GDH, the mutation is described using one of the notations described below.
1. Detailed notation: first the nucleotide sequence of the wild-type codon is presented, followed by the “α”, “β” or “γ” symbol (which distinguishes the α-, β-, or γ-subunit variation of GDH) Therefore, the specific wild type amino acid of the three letter abbreviation and its position are presented. The wild type information is then followed by the specific nucleotide and amino acid modifications present in the referenced mutation. An example of this notation is GGG (α-Gly63) to GGA (Gly), where the 63rd codon of the α-subunit is changed in nucleotide sequence from “GGG” to “GGA” in the mutant. Suffer from silent mutations.
2. “Abbreviated” notation: the symbol “α”, “β”, or “γ” (to distinguish it from a mutation in the α-, β-, or γ-subunit of GDH) followed by a one-letter abbreviation of a wild-type amino acid, It is followed by the codon position and the one letter abbreviation of the mutant amino acid. An example of this notation is α-V224L, which represents a mutation from wild type valine to leucine at codon 224 in the α-subunit in the mutant. It is well known in the art that changes in genes that result in the production of chemically equivalent amino acids at a particular site (but do not affect the encoded protein sensory properties) are common.

「実質的に同様の」とは、1個またはそれ以上のヌクレオチド塩基の変化が、1個またはそれ以上アミノ酸の置換をもたらすが、DNA配列によってコードされるタンパク質の官能特性に影響しない核酸分子を指す。「実質的に同様の」とはまた、1個またはそれ以上ヌクレオチド塩基の変化が、アンチセンスまたはコサプレッション技術によって、遺伝子発現の変更を媒介する核酸分子の能力に影響しない核酸分子を指す。「実質的に同様の」とはまた、アンチセンスまたはコサプレッション技術による遺伝子発現の変更を媒介する能力に対して、得られる転写物の官能特性、または得られるタンパク質分子の官能特性の変更に実質的に影響しない、本発明の核酸分子の修飾(1個またはそれ以上のヌクレオチド塩基の欠失または挿入などの)を指す。本発明は特定の例示的な配列以上のものを包含する。   “Substantially similar” refers to a nucleic acid molecule in which one or more nucleotide base changes result in a substitution of one or more amino acids but do not affect the sensory properties of the protein encoded by the DNA sequence. Point to. “Substantially similar” also refers to nucleic acid molecules in which one or more nucleotide base changes do not affect the ability of the nucleic acid molecule to mediate altered gene expression by antisense or co-suppression techniques. “Substantially similar” also refers to substantial changes in the sensory properties of the resulting transcript, or the sensory properties of the resulting protein molecule, to the ability to mediate changes in gene expression by antisense or cosuppression techniques. Refers to modifications (such as deletion or insertion of one or more nucleotide bases) of a nucleic acid molecule of the invention that do not affect the target. The present invention encompasses more than certain exemplary sequences.

提案される各修飾は、十分に技術分野の日常的技術の範囲内であり、コードされる生成物の生物学的活性維持の判定も同様である。さらに当業者は、この発明によって実質的に包含される同様の配列が、ストリンジェントな条件(0.1×SSC、0.1%SDS、65℃および2×SSC、0.1%SDSでの洗浄とそれに続く0.1×SSC、0.1%SDS)下で、ここで例示する配列とハイブリッドするそれらの能力によっても定義されることを認識する。本発明の好ましい実質的に同様の核酸断片は、そのDNA配列が、ここで報告する核酸断片のDNA配列と少なくとも80%同一である核酸断片である。より好ましい核酸断片は、ここで報告する核酸断片のDNA配列と少なくとも90%同一である。最も好ましいのは、ここで報告する核酸断片のDNA配列と少なくとも95%同一である核酸断片である。   Each proposed modification is well within the routine skill of the art, as is the determination of maintaining the biological activity of the encoded product. Furthermore, those skilled in the art will recognize that similar sequences substantially encompassed by the present invention may be obtained under stringent conditions (0.1 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C. and 2 × SSC, 0.1% SDS). Recognize that they are also defined by their ability to hybridize to the sequences exemplified herein (under washing followed by 0.1 × SSC, 0.1% SDS). Preferred substantially similar nucleic acid fragments of the present invention are nucleic acid fragments whose DNA sequence is at least 80% identical to the DNA sequence of the nucleic acid fragments reported herein. More preferred nucleic acid fragments are at least 90% identical to the DNA sequence of the nucleic acid fragments reported herein. Most preferred are nucleic acid fragments that are at least 95% identical to the DNA sequence of the nucleic acid fragments reported herein.

核酸断片は、温度および溶液イオン強度の適切な条件下で、核酸断片の一本鎖形態がその他の核酸断片とアニールできる場合、cDNA、ゲノムDNA、またはRNAなどの別の核酸断片と「ハイブリッド形成可能」である。ハイブリッド形成および洗浄条件については良く知られており、サムブルック(Sambrook)J.、フリッチュ(Fritsch)E.F.およびマニアティス(Maniatis)T.、分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)、第二版、コールドスプリングハーバーラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory):コールドスプリングハーバー(Cold Spring Harbor)、ニューヨーク(NY)(1989)の特に第11章およびその表11.1で例証される。   A nucleic acid fragment can be “hybridized” with another nucleic acid fragment, such as cDNA, genomic DNA, or RNA, if a single-stranded form of the nucleic acid fragment can anneal with other nucleic acid fragments under appropriate conditions of temperature and solution ionic strength. It is possible. Hybridization and washing conditions are well known, and Sambrook J. et al. Fritsch E .; F. And Maniatis T. et al. Molecular cloning: laboratory manual (Molecular Cloning: A Laboratory Manual), 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring Harbor, New York (NY) (1989) in particular. Illustrated in Chapter 11 and Table 11.1 thereof.

「かなりの部分」とは、当業者による配列の手動評価によって、あるいはBLAST(「基礎的局在性整列化検索ツール(Basic Local Alignment Search Tool)」、アルトシュル(Altschul)ら、J.Mol.Biol.、215:403〜410(1993)、www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/も参照されたい)などのアルゴリズムを使用したコンピュータ支援配列比較および同定によって、遺伝子またはポリペプチドの推定上の同定が得られるのに十分な、そのポリペプチドまたは遺伝子のヌクレオチド配列のアミノ酸配列を含んでなる、アミノ酸またはヌクレオチド配列を指す。推定的にポリペプチドまたは核酸配列が既知のタンパク質または遺伝子に相同的であると同定するためには、概して10個以上の隣接するアミノ酸または30個以上のヌクレオチド配列が必要である。さらにヌクレオチド配列に関して、20〜30個の隣接するヌクレオチドを含んでなる遺伝子特異的オリゴヌクレオチドプローブを配列依存遺伝子同定法(例えばサザンハイブリッド形成)および単離(例えば細菌コロニーまたはバクテリオファージ・プラークの原位置(in situ)ハイブリッド形成)において使用しても良い。さらにプライマーを含んでなる特定の核酸分子を得るために、塩基12〜15個の短いオリゴヌクレオチドをPCRで増幅プライマーとして使用しても良い。したがってヌクレオチド配列の「かなりの部分」は、配列を含んでなる核酸分子の特定の同定および/または単離ができるようにする十分な配列を含んでなる。本明細書は、1つまたは複数の特定タンパク質をコードする、部分的または完全なアミノ酸およびヌクレオチド配列を教示する。当業者はここで報告される配列の利益を享受して、開示された配列の全てまたはかなりの部分を当業者に知られている目的のために使用できる。したがって本発明は、添付の配列表で報告されるような完全な配列、ならびに上で定義されるようなこれらの配列のかなりの部分を含んでなる。   “Substantial part” means by manual evaluation of sequences by those skilled in the art or by BLAST (“Basic Local Alignment Search Tool”, Altschul et al., J. Mol. Biol. 215: 403-410 (1993), see also www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) and putative estimation of genes or polypeptides by computer-assisted sequence comparison and identification Refers to an amino acid or nucleotide sequence comprising the amino acid sequence of the polypeptide or gene nucleotide sequence sufficient to obtain an identity. In order to identify a putative polypeptide or nucleic acid sequence as homologous to a known protein or gene, typically 10 or more contiguous amino acids or 30 or more nucleotide sequences are required. In addition, with respect to nucleotide sequences, gene-specific oligonucleotide probes comprising 20-30 contiguous nucleotides are sequence-dependent gene identification methods (eg, Southern hybridization) and isolated (eg, in situ in bacterial colonies or bacteriophage plaques) (In situ) hybridization). Furthermore, in order to obtain a specific nucleic acid molecule comprising a primer, a short oligonucleotide of 12 to 15 bases may be used as an amplification primer in PCR. Thus, a “substantial portion” of the nucleotide sequence comprises sufficient sequence to allow specific identification and / or isolation of the nucleic acid molecule comprising the sequence. The present specification teaches partial or complete amino acid and nucleotide sequences that encode one or more specific proteins. Those skilled in the art can benefit from the sequences reported herein and use all or a substantial portion of the disclosed sequences for purposes known to those of skill in the art. The present invention thus comprises the complete sequences as reported in the attached sequence listing, as well as a substantial portion of these sequences as defined above.

「相補的」と言う用語は、二本鎖DNA間の関係について述べる。例えばDNAについて、アデノシンはチミンに相補的であり、シトシンはグアニンに相補的である。したがって本発明は添付の配列表で報告されるような完全な配列、ならびに実質的に同様の核酸配列に相補的な単離された核酸分子も含む。   The term “complementary” describes the relationship between double stranded DNA. For example, for DNA, adenosine is complementary to thymine and cytosine is complementary to guanine. Accordingly, the present invention includes the complete sequences as reported in the accompanying sequence listing, as well as isolated nucleic acid molecules complementary to substantially similar nucleic acid sequences.

「パーセント同一性」と言う用語は、技術分野で知られているように、配列を比較して判定される2つ以上のポリペプチド配列または2つ以上のポリヌクレオチド配列の関係である。技術分野で「同一性」とは、場合によっては、このような配列のストリング間の整合によって判定されるような、ポリペプチドまたはポリヌクレオチド配列間の配列関連性の程度も意味する。「同一性」および「類似性」は、1.)「計算分子生物学(Computational Molecular Biology)」、レスク(Lesk)A.M.編、オックスフォードユニバーシティ(Oxford University)、ニューヨーク(New York)、1988、2.)「バイオコンピューティング:情報科学およびゲノムプロジェクト(Biocomputing:Informatics and Genome Projects)」、スミス(Smith)D.W.編、アカデミック(Academic)、ニューヨーク(New York)、1993、3.)「配列データのコンピュータ分析(Computer Analysis of Sequence Data)」、第一部、グリフィン(Griffin)A.M.、およびグリフィン(Griffin)H.G.編、Humana、ニュージャージー(New Jersey)、1994、4.)「分子生物学における配列分析(Sequence Analysis in Molecular Bioloy)」、フォン・ハインェ(von Heinje)G.編、アカデミック(Academic)、ニューヨーク(New York)、1987、5.)「配列分析入門(Sequence Analysis Primer)」、グリブスコフ(Gribskov)M.およびデュヴルー(Devereux)J.編、ストックトン(Stockton)、ニューヨーク(New York)、1991で述べられるものをはじめとするが、これに限定されるものではない、既知の方法によって容易に計算できる。同一性を判定する好ましい方法は、試験される配列間に最大の整合を与えるようにデザインされる。   The term “percent identity” is a relationship between two or more polypeptide sequences or two or more polynucleotide sequences determined by comparing sequences, as is known in the art. “Identity” in the art also means the degree of sequence relatedness between polypeptide or polynucleotide sequences, as the case may be, as determined by alignment between strings of such sequences. “Identity” and “Similarity” are: ) "Computational Molecular Biology", Lesk A. et al. M.M. Ed., Oxford University, New York, 1988,2. ) “Biocomputing: Informatics and Genome Projects”, Smith D .; W. Ed., Academic, New York, 1993,3. ) "Computer Analysis of Sequence Data", Part 1, Griffin A. et al. M.M. , And Griffin H. et al. G. Hen, Humana, New Jersey, 1994,4. ) "Sequence Analysis in Molecular Biology", von Heinje G. et al. Ed., Academic, New York, 1987,5. ) “Sequence Analysis Primer”, Gribskov M .; And Devereux J. et al. Can be readily calculated by known methods, including but not limited to those described in Hen, Stockton, New York, 1991. Preferred methods for determining identity are designed to give the greatest match between the sequences tested.

同一性および類似性を判定する方法は、一般に入手できるコンピュータプログラムで体系化される。2個の配列間の同一性および類似性を判定する好ましいコンピュータプログラム法としては、それらの標準デフォルト値がgap形成ペナルティ=12およびgap延長ペナルティ=4である、ニードルマン(Needleman)およびブンシュ(Wunsch)アルゴリズムを使用するGCGプログラムパッケージにあるGCGパイルアッププログラム(デュヴルー(Devereux)ら、Nucleic Acids Res.12:387〜395(1984))、BLASTP、BLASTN、およびFASTA、(ピアソン(Pearson)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、85:2444〜2448(1988))が挙げられるが、これに限定されるものではない。BLASTXプログラムは、NCBIおよびその他の供給元から一般に入手できる(「BLASTマニュアル(BLAST Manual)」、アルトシュル(Altschul)ら、Natl.Cent.Biotechnol.Inf.、Natl.Library Med.(NCBINLM)NIH、Bethesda、MD;アルトシュル(Altschul)ら、J.Mol.Biol.、215:403〜410(1990);アルトシュル(Altschul)ら、Nucleic Acids Res.、25:3389〜3402(1997))。同一性を判定する別の好ましい方法は、ヨッタン−ハイン(Jotun−Hein)アルゴリズムを使用するDNASTARタンパク質アライメントプロトコル法による(ハイン(Hein)ら、Methods Enzymol.、183:626−645 (1990))。アラインメントのためのヨッタン−ハイン(Jotun−Hein)法のデフォルト変数は、1.)複数アラインメントではgapペナルティ=11、gap長さペナルティ=3、および2.)対合アラインメントではktuple=6である。一例として、参照ヌクレオチド配列に対して少なくとも例えば95%の「同一性」を有するヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチドとは、ポリヌクレオチド配列が参照ヌクレオチド配列の各100個のヌクレオチドあたり5点の変異を含んでも良いこと以外は、ポリヌクレオチドのヌクレオチド配列が、参照配列と同一であることを意味する。換言すると、参照ヌクレオチド配列と少なくとも95%同一のヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチドを得るためには、参照配列中の5%までのヌクレオチドが、欠失しまたは別のヌクレオチドで置換されていても良く、あるいは参照配列中の全ヌクレオチドの5%までのヌクレオチドの数が、参照配列中に挿入されていても良い。参照配列のこれらの変異は、参照ヌクレオチド配列の5’または3’末端部位で生じても、あるいはこれの末端部位間のあらゆる位置で、参照配列中の、または参照配列中の1つまたは複数の隣接するグループ中のヌクレオチドに個別に挿入されて生じても良い。同じように参照アミノ酸配列に対して少なくとも例えば95%の同一性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチドとは、ポリペプチド配列が参照アミノ酸の各100個のアミノ酸あたり5個までのアミノ酸の変化を含むこと以外は、ポリペプチドのアミノ酸配列が参照配列に同一であることを意味する。換言すると参照アミノ酸配列と少なくとも95%同一のアミノ酸配列を有するポリペプチドを得るためには、参照配列中の5%までのアミノ酸残基が欠失しまたは別のアミノ酸で置換されていても良く、あるいは参照配列中の全アミノ酸残基の5%までのアミノ酸の数が、参照配列中に挿入されていても良い。参照配列のこれらの変化は、参照アミノ酸配列のアミノまたはカルボキシ末端部位で生じても、あるいはこれらの末端部位間のあらゆる位置で参照配列中の、または参照配列中の1つまたは複数の隣接するグループ中の残基間に個別に挿入されて生じても良い。   The method of determining identity and similarity is organized with commonly available computer programs. Preferred computer program methods for determining identity and similarity between two sequences include Needleman and Wunsch whose standard default values are gap formation penalty = 12 and gap extension penalty = 4. ) GCG pile-up program (Devereux et al., Nucleic Acids Res. 12: 387-395 (1984)), BLASTP, BLASTN, and FASTA, (Pearson et al., Proc) in the GCG program package using algorithms Natl.Acad.Sci.USA, 85: 2444- 2448 (1988)), but is not limited thereto. The BLASTX program is generally available from NCBI and other sources ("BLAST Manual", Altschul et al., Natl. Cent. Biotechnol. Inf., Natl. Library Med. (NCBINLM) NIH, Bethes. MD; Altschul et al., J. Mol. Biol., 215: 403-410 (1990); Altschul et al., Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 (1997)). Another preferred method of determining identity is by the DNASTAR protein alignment protocol method using the Jotun-Hein algorithm (Hein et al., Methods Enzymol., 183: 626-645 (1990)). The default variables for the Jotun-Hein method for alignment are: ) For multiple alignments, gap penalty = 11, gap length penalty = 3, and 2. ) In paired alignment, ktuple = 6. By way of example, a polynucleotide having a nucleotide sequence that has “identity” of at least 95%, for example, relative to a reference nucleotide sequence means that the polynucleotide sequence includes 5 mutations for every 100 nucleotides of the reference nucleotide sequence. Except as good, it means that the nucleotide sequence of the polynucleotide is identical to the reference sequence. In other words, to obtain a polynucleotide having a nucleotide sequence that is at least 95% identical to the reference nucleotide sequence, up to 5% of the nucleotides in the reference sequence may be deleted or replaced with another nucleotide; Alternatively, the number of nucleotides up to 5% of all nucleotides in the reference sequence may be inserted into the reference sequence. These variations of the reference sequence may occur at the 5 ′ or 3 ′ terminal site of the reference nucleotide sequence, or at any position between the terminal sites, in the reference sequence or in one or more of the reference sequences It may occur by being individually inserted into nucleotides in adjacent groups. Similarly, a polypeptide having an amino acid sequence that has at least 95% identity to a reference amino acid sequence, for example, includes up to 5 amino acid changes for each 100 amino acids of the reference amino acid. Otherwise means that the amino acid sequence of the polypeptide is identical to the reference sequence. In other words, in order to obtain a polypeptide having an amino acid sequence that is at least 95% identical to the reference amino acid sequence, up to 5% of the amino acid residues in the reference sequence may be deleted or substituted with another amino acid, Alternatively, the number of amino acids up to 5% of all amino acid residues in the reference sequence may be inserted into the reference sequence. These changes in the reference sequence may occur at the amino or carboxy terminal site of the reference amino acid sequence, or one or more contiguous groups in the reference sequence or at any position between these terminal sites It may occur by being inserted individually between the residues.

「相同的」と言う用語は、特定の宿主細胞において天然または自然発生的なタンパク質またはポリペプチドを指す。本発明は組換えDNA技術を通じて、相同的タンパク質を生成する微生物を含む。   The term “homologous” refers to a protein or polypeptide that is native or naturally occurring in a particular host cell. The present invention includes microorganisms that produce homologous proteins through recombinant DNA technology.

「パーセント相同性」と言う用語は、ポリペプチド間のアミノ酸配列同一性の程度を指す。第1のアミノ酸配列が第2のアミノ酸配列と同一である場合、第1および第2のアミノ酸配列は100%相同性を示す。あらゆる2個のポリペプチド間の相同性は、どちらかの配列の特定部位の整合アミノ酸総数の一次関数であり、例えば2個の配列のどちらかのアミノ酸総数の半分が同一ならば、2個の配列は50%の相同性を示すと言われる。   The term “percent homology” refers to the degree of amino acid sequence identity between polypeptides. When the first amino acid sequence is identical to the second amino acid sequence, the first and second amino acid sequences exhibit 100% homology. Homology between any two polypeptides is a linear function of the total number of matched amino acids at a particular site in either sequence, for example, if half of the total number of amino acids in either sequence is identical, The sequence is said to show 50% homology.

「コドン縮重」とは、コードされるポリペプチドのアミノ酸配列に影響しないヌクレオチド配列の変動を可能にする遺伝子コード中の分岐を指す。当業者は、特定のアミノ酸を特定化するヌクレオチドコドンの使用における、特定の宿主細胞によって示される「コドン−バイアス」について良く知っている。   “Codon degeneracy” refers to a branch in the genetic code that allows for variations in the nucleotide sequence that do not affect the amino acid sequence of the encoded polypeptide. Those skilled in the art are familiar with the “codon-bias” exhibited by a particular host cell in the use of nucleotide codons to specify a particular amino acid.

結果として生じるタンパク質分子の機能特性に実質的に影響しない、沈黙変化を生じる配列中の欠失、挿入または置換などの配列の修飾も考察された。例えば遺伝子コードの縮重を反映する、あるいは特定部位で化学的に等価のアミノ酸の生成をもたらす遺伝子配列中の変化が考察された。場合によってはタンパク質の生物学的活性変化の効果を研究するために、配列の変異体を作り出すことが実際望ましいかもしれない。提案される各変更は、十分に技術分野のルーチン技術の範囲内であり、コードされる生成物中の生物学的活性保持の判定についても同様である。   Sequence modifications such as deletions, insertions or substitutions in the sequence that produced a silent change that did not substantially affect the functional properties of the resulting protein molecule were also considered. For example, changes in the gene sequence that reflected the degeneracy of the genetic code or resulted in the production of chemically equivalent amino acids at specific sites were considered. In some cases it may actually be desirable to create sequence variants to study the effects of changes in the biological activity of a protein. Each proposed change is well within the routine skill of the art, as is the determination of biological activity retention in the encoded product.

「発現」と言う用語は、遺伝子産物配列の遺伝子コードから遺伝子産物への転写および翻訳を指す。   The term “expression” refers to the transcription and translation of a gene product sequence from the genetic code to the gene product.

「プラスミド」、「ベクター」、および「カセット」と言う用語は、細胞の中心的代謝の一部ではない遺伝子を運ぶことが多く、通常環状二本鎖DNA分子の形態である染色体外の要素を指す。このような要素は、あらゆる供給源から誘導される一本鎖または二本鎖DNAまたはRNAの配列、ゲノム一体化配列、直鎖または環状のファージまたはヌクレオチド配列を自律的に複製するかもしれず、そこではいくつかのヌクレオチド配列が独自の構成に連結または組み換えされ、それは選択された遺伝子産物のために、適切な3’非翻訳配列と共に、プロモーター断片およびDNA配列を細胞中に導入することができる。「形質転換カセット」とは、外来性遺伝子を含有し、外来遺伝子に加えて特定の宿主細胞の形質転換を容易にする要素を有する特定のベクターを指す。「発現カセット」とは、外来性遺伝子を含有し、外来性遺伝子に加えて外来性宿主におけるその遺伝子の促進された発現を可能にする要素を有する特定のベクターを指す。   The terms “plasmid”, “vector”, and “cassette” often carry genes that are not part of the central metabolism of a cell and refer to extrachromosomal elements that are usually in the form of circular double-stranded DNA molecules. Point to. Such elements may autonomously replicate single or double stranded DNA or RNA sequences, genomic integration sequences, linear or circular phage or nucleotide sequences derived from any source, where Several nucleotide sequences are ligated or recombined into a unique configuration, which can introduce promoter fragments and DNA sequences into the cell, along with the appropriate 3 'untranslated sequences for the selected gene product. “Transformation cassette” refers to a specific vector containing a foreign gene and having elements in addition to the foreign gene that facilitate transformation of a particular host cell. “Expression cassette” refers to a specific vector containing a foreign gene and having elements in addition to the foreign gene that allow for enhanced expression of that gene in a foreign host.

「遺伝子組み換え」と言う用語は、交差または非依存性組み合わせのプロセスによって、親テンプレート分子中に存在しない遺伝的組み合わせがそれによって形成されるプロセスを指す。したがって遺伝子組み換えは、親テンプレート分子から得ることができる遺伝的配列の全ての組み合わせを含み(それによって新たに生成された「遺伝子組み換え産生物」の各ヌクレオチド位置が、その特定のヌクレオチド位置のあらゆる親テンプレートから誘導できる)、さらに遺伝子組み換えは、新たな変異(すなわち、欠失、置換、挿入)の導入を含む。   The term “genetic recombination” refers to a process by which a genetic combination that does not exist in a parent template molecule is formed by a process of crossover or independent combination. Thus, genetic recombination includes all combinations of genetic sequences that can be obtained from a parent template molecule (where each nucleotide position of a newly generated “GMO product” is the parent of any particular nucleotide position. Furthermore, genetic recombination involves the introduction of new mutations (ie deletions, substitutions, insertions).

「遺伝子組み換えされたポリペプチド」と言う用語は、遺伝子組み換えされた遺伝子またはDNAによってコードされたポリペプチドを意味する。遺伝子組み換えされたポリペプチドは、変更または増強された特性を有することが多い。   The term “genetically modified polypeptide” means a polypeptide encoded by a genetically modified gene or DNA. Genetically modified polypeptides often have altered or enhanced properties.

ポリペプチドまたはタンパク質に適用される「変更された特性」と言う用語は、アッセイ法によって測定できる、ヌクレオチド配列によってコードされるタンパク質に付随する特性を指し、その特性は、天然配列に付随するものと比較して増強されまたは減少する。変更されても良い酵素の好ましい特性の例としては、酵素の活性、基質特異性、阻害物質に対する安定性、熱安定性、プロテアーゼ安定性、溶剤安定性、洗浄剤安定性、および折りたたみ特性が挙げられる。「増強された生物学的特性」とは、天然配列に付随するものを超える変更された特性を指す。「減少した生物学的特性」とは、天然配列に付随するものに満たない変更された特性を指す。   The term “altered property” as applied to a polypeptide or protein refers to a property associated with a protein encoded by a nucleotide sequence that can be measured by an assay, and that property is associated with a native sequence. Increased or decreased compared. Examples of preferred properties of enzymes that may be modified include enzyme activity, substrate specificity, stability to inhibitors, thermal stability, protease stability, solvent stability, detergent stability, and folding properties. It is done. “Enhanced biological property” refers to an altered property over that associated with the native sequence. A “reduced biological property” refers to an altered property that is less than that associated with the native sequence.

「テンプレート」または「親テンプレート」と言う用語は、ワトソン−クリック塩基対形成規則に従って、DNAまたはRNAポリメラーゼによって複写されて、新しいDNAまたはRNA鎖を生成する核酸分子を指す。テンプレート分子から生成される第1のコピーは相補的配列を有するので、テンプレート(または「モデル」)中の配列情報は保存される。テンプレート分子は単一または二本鎖であっても良く、あらゆる供給源に由来しても良い。   The term “template” or “parent template” refers to a nucleic acid molecule that is copied by a DNA or RNA polymerase to produce a new DNA or RNA strand according to the rules of Watson-Crick base pairing. Since the first copy generated from the template molecule has a complementary sequence, the sequence information in the template (or “model”) is preserved. The template molecule may be single or double stranded and may be derived from any source.

「複製」は、「テンプレート核酸」の核酸鎖の相補的コピーが、ポリメラーゼ酵素によって合成されるプロセスである。「プライマー誘導」複製では、このプロセスは、複製を開始するために、「二重の」「オリゴヌクレオチド」の末端ヌクレオチドの(デオキシ)リボース部分の3’位置にヒドロキシル基(OH)を必要とする。   “Replication” is the process by which a complementary copy of a nucleic acid strand of a “template nucleic acid” is synthesized by a polymerase enzyme. In “primer-induced” replication, this process requires a hydroxyl group (OH) at the 3 ′ position of the (deoxy) ribose moiety of the terminal nucleotide of the “double” “oligonucleotide” to initiate replication. .

核酸の「5’領域」および「3’領域」は、遺伝子組み換えが起きることが望ましいヌクレオチド領域を参照して、相対的用語として使用される。これらの領域はテンプレート分子内またはテンプレート分子に付着する側方DNA配列内であっても良い。不対プライマーが、これらの5’および3’領域の部分にアニールする。   The “5 ′ region” and “3 ′ region” of a nucleic acid are used as relative terms with reference to a nucleotide region in which genetic recombination is desired to occur. These regions may be in the template molecule or in the lateral DNA sequence attached to the template molecule. Unpaired primers anneal to portions of these 5 'and 3' regions.

「側方配列」または「側方DNA断片」とは、それに不対プライマーがアニールしても良いユニークなヌクレオチド配列(テンプレート分子に対して)を提供するために、テンプレート分子の5’または3’領域のいずれかに付着するDNAの短い断片を指す。   A “lateral sequence” or “lateral DNA fragment” refers to the 5 ′ or 3 ′ of a template molecule to provide a unique nucleotide sequence (relative to the template molecule) that an unpaired primer may anneal to. Refers to a short piece of DNA attached to any of the regions.

「完全長伸張生成物」とは、親テンプレートの5’および3’領域の間に含まれるのと非常によく似た長さ(約100塩基以内)を有する、プライマー誘導複製によって生成されるヌクレオチド配列である。   A “full-length extension product” is a nucleotide produced by primer-induced replication that has a length very similar to that contained between the 5 ′ and 3 ′ regions of the parent template (within about 100 bases). Is an array.

「増幅」は、いくつかの「テンプレート核酸」のコピーが、線形または対数いずれかの様式で増加するように複製がサイクル様式で反復されるプロセスである。   “Amplification” is a process in which replication is repeated in a cyclic fashion such that copies of several “template nucleic acids” are increased in either a linear or logarithmic manner.

「プライマー」と言う用語は、相補鎖の合成がポリメラーゼによって触媒される条件下に置くと、相補鎖に沿った核酸合成または複製の開始点として作用できる(合成または天然)オリゴヌクレオチドを指す。プライマーは、プライマーそれ自体と核酸の相補鎖との間の配列相補性に基づいて、相補鎖にアニールする能力を有さねばならないが、塩基のいくらかのミスマッチは許される。プライマーサイズ、塩基配列、相補性、および標的相互作用の要件については下でより詳細に考察する。「プライマー」と言う用語自体は、ここでは出願人によって一般的に使用され、核酸複製プロセスを開始するために機能する(すなわち合成をプライムできる)あらゆる配列−結合オリゴヌクレオチドを包含する。   The term “primer” refers to an oligonucleotide (synthetic or natural) that can act as a starting point for nucleic acid synthesis or replication along a complementary strand when subjected to conditions in which the synthesis of the complementary strand is catalyzed by a polymerase. The primer must have the ability to anneal to the complementary strand based on sequence complementarity between the primer itself and the complementary strand of the nucleic acid, but some base mismatch is allowed. Primer size, base sequence, complementarity, and target interaction requirements are discussed in more detail below. The term “primer” itself is generally used herein by the applicant and encompasses any sequence-linked oligonucleotide that functions to initiate the nucleic acid replication process (ie, can prime synthesis).

「フォーワードプライマー」と言う用語は、二本鎖テンプレート分子のセンス鎖の5’領域で合成をプライムでき、または一本鎖テンプレート分子の5’領域で合成をプライムできるプライマーを指す。   The term “forward primer” refers to a primer that can prime synthesis at the 5 ′ region of the sense strand of a double-stranded template molecule or prime synthesis at the 5 ′ region of a single-stranded template molecule.

「逆転写プライマー」と言う用語は、二本鎖テンプレート分子アンチセンス鎖の5’領域で合成をプライムでき、または二本鎖テンプレート分子のアンチセンス鎖である一本鎖テンプレート分子の5’領域で合成をプライムできるプライマーを指す。   The term “reverse transcription primer” refers to the 5 ′ region of a single-stranded template molecule that can prime synthesis in the 5 ′ region of the double-stranded template molecule antisense strand, or the antisense strand of the double-stranded template molecule. Refers to a primer that can prime synthesis.

「対合プライマー」と言う用語は、単一テンプレート分子にアニールして、プライマー誘導核酸増幅プロセスによってテンプレートの正確なコピーの合成を可能にするようにデザインされる、フォーワードおよび逆転写プライマーからなるプライマーのペアを指す。二本鎖テンプレート分子の場合、フォーワードプライマーがアンチセンス鎖(テンプレートとして使用されるセンス鎖の相補的コピー)の正確なコピーを生成し、逆転写プライマーがセンス鎖(テンプレートとして使用されるアンチセンス鎖の相補的コピー)の正確なコピーを生成するので、フォーワードおよび逆転写プライマーは、二本鎖テンプレートの正確なコピーの合成を可能にする。対照的にテンプレート分子が一本鎖である場合、そのテンプレートの正確なコピーは、プライマー誘導核酸増幅プロセスを使用して生成される。   The term “pairing primer” consists of forward and reverse transcription primers that are designed to anneal to a single template molecule and allow the synthesis of an exact copy of the template through a primer-induced nucleic acid amplification process. Refers to a primer pair. For double-stranded template molecules, the forward primer produces an exact copy of the antisense strand (complementary copy of the sense strand used as the template) and the reverse transcription primer is the sense strand (antisense used as the template) The forward and reverse transcription primers allow the synthesis of an exact copy of the double stranded template, as it produces an exact copy of the complementary copy of the strand). In contrast, if the template molecule is single stranded, an exact copy of the template is generated using a primer-induced nucleic acid amplification process.

「不対プライマー」と言う用語は、単一テンプレート分子にアニールして、プライマー誘導核酸増幅プロセスによってそのテンプレートの正確なコピーの合成を可能にするようにデザインされていない、フォーワードおよび逆転写プライマーからなるプライマーの対を指す。その代わりフォーワードプライマーは第1のテンプレート分子にアニールするが、第2のテンプレート分子にアニールできない。逆転写プライマーは、第1のテンプレート分子と配列が異なる第2のテンプレート分子にアニールするが、第1のテンプレート分子にアニールできない。このユニークな不対プライマーのデザインは、テンプレート切り替えを通じた複製中に遺伝子組み換えが起きない限り、一本鎖または二本鎖テンプレート分子がプライマー誘導核酸増幅プロセスによって増幅できないことを確実にする。   The term “unpaired primer” refers to forward and reverse transcription primers that are not designed to anneal to a single template molecule and allow the synthesis of an exact copy of that template through a primer-induced nucleic acid amplification process. Refers to a pair of primers consisting of Instead, the forward primer anneals to the first template molecule but cannot anneal to the second template molecule. The reverse transcription primer anneals to a second template molecule that differs in sequence from the first template molecule, but cannot anneal to the first template molecule. This unique unpaired primer design ensures that single-stranded or double-stranded template molecules cannot be amplified by the primer-induced nucleic acid amplification process unless genetic recombination occurs during replication through template switching.

「プライマー誘導伸張」と言う用語は、プライマーが使用されて、核酸分子の線形または対数増幅において核酸配列の複製を援助する、技術分野で知られているあらゆる方法を指す。例えばプライマー誘導伸張は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、リガーゼ鎖反応(LCR)、および鎖置換増幅(SDA)をはじめとするがこ、これに限定されるものではない、技術分野で知られているいくつかのスキームのいずれかによって実行しても良い。   The term “primer-induced extension” refers to any method known in the art in which primers are used to aid in the replication of nucleic acid sequences in linear or logarithmic amplification of nucleic acid molecules. For example, primer-induced extension is known in the art, including but not limited to polymerase chain reaction (PCR), ligase chain reaction (LCR), and strand displacement amplification (SDA). It may be performed by any of several schemes.

GDHおよびコード遺伝子
グリセロールから3−HPへの転換について、この反応の触媒に関与するデヒドラターゼは、B12依存性デヒドラターゼまたはB12非依存性デヒドラターゼであることができる。しかし本発明の目的では、デヒドラターゼはB12依存性デヒドラターゼである。このB12依存性デヒドラターゼは、GDH、グリセロールデヒドラターゼ(E.C.4.2.1.30)、またはジオールデヒドラターゼ(E.C.4.2.1.28)であることができる。これらの各酵素はαβγ構造を有する。文献で使用される遺伝子命名法には幅広いバリエーションがあるので、明瞭さのために、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)、シトロバクター・フロインディ(Citrobacter freundii)、クロストリジウム・パスツーリアナム(Clostridium pasteurianum)、ネズミチフス菌(Salmonella typhimurium)、ラクトバシラス・コリノイデ(Lactobacillus collinoide)、およびクレブシエラ・オキシトカ(Klebsiella oxytoca)のデヒドラターゼ遺伝子の遺伝子名およびGenBank番号を示す比較チャートを表2に示し、同定を容易にする。また遺伝子については、例えばダニエル(Daniel)ら、(FEMS Microbiol.Rev.、22:553、(1999))およびトラヤ(Toraya)およびモリ(Mori)(J. Biol.Chem.、274:3372、(1999))で述べられる。
For conversion of GDH and encoding genes glycerol to 3-HP, dehydratase responsible for catalyzing this reaction may be a B 12 dependent dehydratase or B 12-independent dehydratase. However, the purpose of the present invention, dehydratase is B 12 dependent dehydratase. The B 12-dependent dehydratase can be GDH, a glycerol dehydratase (E.C.4.2.1.30), or a diol dehydratase (E.C.4.2.1.28). Each of these enzymes has an α 2 β 2 γ 2 structure. There are a wide variety of gene nomenclatures used in the literature, and for clarity, Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Clostridium pasteurianum, and Rat typhimurium. The gene name and GenBank number of the dehydratase gene of the fungus (Salmonella typhimurium), Lactobacillus collinoide, and Klebsiella oxytoca are shown in Table 2 and are easily identified. As for genes, for example, Daniel et al. (FEMS Microbiol. Rev., 22: 553, (1999)) and Toraya and Mori (J. Biol. Chem., 274: 3372) ( 1999)).

Figure 2007524342
Figure 2007524342

本発明の目的では、肺炎桿菌(K.pneumoniae)(国際公開第01/012833 A2号パンフレット)のdhaB1、dhaB2、およびdhaB3(それぞれ配列番号1および配列番号2、3、および4)によってコードされるGDHが、変異誘発の標的として使用される。この酵素、グリセロールデヒドラターゼは好ましい基質がグリセロールであり、2個の63kDaのαサブユニット、2個の21kDaのβサブユニット、および2個の16kDaのγサブユニットから構成されることが知られている。しかし当業者はここで述べる技術において、シトロバクター・フロインディ(Citrobacter freundii)、クロストリジウム・パスツーリアナム(Clostridium pasteurianum)、またはその他の肺炎桿菌(K.pneumoniae)株のグリセロールデヒドラターゼ、あるいはネズミチフス菌(Salmonella typhimurium)、クレブシエラ・オキシトカまたは肺炎桿菌(K.pneumoniae)のジオールデヒドラターゼもまた適切であることを認識するであろう。同様にその活性がグリセロールの3−HPへの転換を触媒できるB12依存性デヒドラターゼ活性をコードするあらゆる遺伝子が、GDH酵素の機能を変更しないアミノ酸置換、欠失または付加を包含するあらゆるアミノ酸配列をはじめとする本発明の標的として適切なはずである。したがって当業者はその他の供給源から単離されるGDHをコードする遺伝子もまた、本発明で使用するのに適切であることを理解するであろう。 For the purposes of the present invention, encoded by dhaB1, dhaB2, and dhaB3 (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, 3, and 4 respectively) of K. pneumoniae (WO 01/012833 A2) GDH is used as a target for mutagenesis. This enzyme, glycerol dehydratase, is known to have a preferred substrate of glycerol, consisting of two 63 kDa α subunits, two 21 kDa β subunits, and two 16 kDa γ subunits. . However, those skilled in the art will be aware of the techniques described herein, such as Citrobacter freundii, Clostridium pasteurianum, or other strains of K. pneumoniae strain glycerol dehydratase, or Salmonella s. A diol dehydratase from Typhimurium), Klebsiella oxytoca or K. pneumoniae will also be recognized as appropriate. Similarly any gene whose activity encoding catalysts may B 12-dependent dehydratase activity conversion to 3-HP of glycerol, amino acid substitutions that do not change the functionality of GDH enzyme, any amino acid sequence including deletion or addition It should be suitable as a target for the present invention. Thus, those skilled in the art will appreciate that genes encoding GDH isolated from other sources are also suitable for use in the present invention.

グリセロールまたは1,3−プロパンジオール存在下におけるB12依存性デヒドラターゼ不活性化
12依存性デヒドラターゼは、触媒作用中にグリセロールによって、または1,3−プロパンジオールとの相互作用によって可逆的不活性化を被る。不活性化は、補酵素B12補助因子のコバルト−炭素(Co−C)結合の開裂を伴い、5’−デオキシアデノシンおよび不活性なコバラミン化学種の形成をもたらす。不活性なコバラミン化学種はデヒドラターゼとの密接な結合を保ち、補酵素B12依存性デヒドラターゼ再活性化因子の介入なしには解離が起きない。
B 12-dependent dehydratase inactivation B 12-dependent dehydratase in glycerol or 1,3-propanediol presence reversibly inactivated by the interaction of the glycerol in the catalysis, or with 1,3-propanediol Suffer. Inactivation cobalt coenzyme B 12 cofactor - involves cleavage of carbon (Co-C) bond results in the formation of 5'-deoxyadenosine and an inactive cobalamin species. Inactive cobalamin species keeps a close coupling of the dehydratase, without intervention of coenzyme B 12 dependent dehydratase reactivating factor does not occur dissociation.

図1は、GDH不活性化に付随する典型的な経時変化を示す。これらの酵素活性アッセイは、肺炎桿菌(K.pneumoniae)(国際公開第01/012833 A2号パンフレット)のdhaB1、dhaB2、およびdhaB3(それぞれ配列番号1および配列番号2、3、および4)によってコードされるGDHを使用して、実施される。図1上方の曲線は、基質としての10mMのグリセロール(K約0.5mM)とのGDHの反応の経時変化を示す一方、下方の曲線は、アッセイに50mMの1,3−プロパンジオール(K約15mM)を含めることの影響を示す。明らかに3−HP生成物形成速度は、一次不活性化速度定数(k観察された不活性)に従って、不活性化が起きるに連れて時間と共に迅速に低下する。 FIG. 1 shows a typical time course associated with GDH inactivation. These enzyme activity assays are encoded by dhaB1, dhaB2, and dhaB3 (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, 3, and 4 respectively) of K. pneumoniae (WO 01/012833 A2). This is implemented using GDH. Figure 1 upper curve, while indicating the time course of the reaction of GDH with 10mM glycerol as a substrate (K m about 0.5 mM), the lower curve, assay of 50 mM 1,3-propanediol (K i about 15 mM). Clearly, the rate of 3-HP product formation decreases rapidly with time as inactivation occurs according to the first-order inactivation rate constant (k observed inactivity ).

改善された活性を有する変異株GDH
観察されたGDH不活性化に基づいて、野生型GDHと比較して低下した不活性化速度を有する一連の変異株GDHを作り出した。典型的にアプローチは、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で増大した総代謝回転数を有する変異酵素を作り出して、単離することを伴う。これは、kcatの増大および/または酵素不活性化速度の低下のいずれかによって達成できる。
Mutant GDH with improved activity
Based on the observed GDH inactivation, a series of mutant GDHs with reduced inactivation rate compared to wild type GDH was created. Typically approaches involve creating and isolating mutant enzymes with increased total turnover in the presence of glycerol and 1,3-propanediol. This can be achieved either by increasing k cat and / or decreasing the rate of enzyme inactivation.

GDH活性を改善するプロセスは、GDH遺伝子を含んでなる発現ベクターの構築、GDHコード配列の変異誘発、そして最後に低下した不活性化速度を有する変異体の単離を伴う。引き続く変異誘発の工程によって、GDHコード配列の発達が可能になる。   The process of improving GDH activity involves the construction of an expression vector comprising the GDH gene, mutagenesis of the GDH coding sequence, and finally the isolation of mutants with a reduced inactivation rate. Subsequent mutagenesis steps allow the development of GDH coding sequences.

変異株B12依存性デヒドラターゼライブラリーは、変異誘発のための出発原料としてあらゆる野生型(または実質的に同様の)B12依存性デヒドラターゼを使用して調製できる。 A mutant B 12- dependent dehydratase library can be prepared using any wild-type (or substantially similar) B 12- dependent dehydratase as a starting material for mutagenesis.

12依存性デヒドラターゼの変異誘発の伝統的方法
12依存性デヒドラターゼ変異誘発のために、多様なアプローチを使用しても良い。ここで使用される2つの適切なアプローチとしては、エラープローンPCR(ロング(Leung)ら、Techniques、1:11〜5(1989);ジョウ(Zhou)ら、Nucleic Acids Res.、19:6052〜6052(1991);およびスピー(Spee)ら、Nucleic Acids Res.、21:777〜778(1993))、および生体内(in vivo)変異誘発が挙げられる。
B 12 For traditional methods B 12-dependent dehydratase mutagenesis mutagenesis dependent dehydratase may be used a variety of approaches. Two suitable approaches used here include error-prone PCR (Leung et al., Techniques, 1: 11-5 (1989); Zhou et al., Nucleic Acids Res., 19: 6052-6052. (1991); and Speed et al., Nucleic Acids Res., 21: 777-778 (1993)), and in vivo mutagenesis.

エラープローンPCRの主要な利点は、この方法によって導入された全ての変異がB12依存性デヒドラターゼ遺伝子内であり、PCR条件を変化させることであらゆる変化が容易に制御できることである。代案としては、大腸菌(E.coli)XL1−Red菌株、およびカリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのエピキュリアン・コリ(Epicurian coli)XL1−Redミューテータ菌株(グリーナー(Greener)およびキャラハン(Callahan)、Strategies、7:32〜34(1994)も参照されたい)などの市販される材料を使用して、生体内(in vivo)変異誘発を用いても良い。この菌株では、一次DNA修復経路の3つ(mutS、mutD、およびmutT)が欠損しており、野生型よりも5000倍高い変異速度がもたらされる。生体内(in vivo)変異誘発は、(エラープローンPCRのように)連結効率に依存しないが、変異はベクターのあらゆる領域で生じても良く、変異速度は一般にはるかに低い。 A major advantage of error-prone PCR is that all mutations introduced by this method is B 12 dependent within dehydratase gene is that any changed by changing the PCR conditions can be easily controlled. Alternatives include the E. coli XL1-Red strain and the Epicurian coli XL1-Red mutator strain (Greener (Stratagene, La Jolla, Calif.)) From Stratagene, La Jolla, Calif. In vivo mutagenesis may be used using commercially available materials such as Greener and Callahan, Strategies, 7: 32-34 (1994)). In this strain, three of the primary DNA repair pathways (mutS, mutD, and mutT) are defective, resulting in a 5000-fold higher mutation rate than the wild type. In vivo mutagenesis does not depend on ligation efficiency (like error-prone PCR), but mutations can occur in any region of the vector and the mutation rate is generally much lower.

代案としては、「遺伝子シャッフリング」法(米国特許第5,605,793号明細書、同第5,811,238号明細書、同第5,830,72号明細書、および同第5,837,458号明細書)、または核酸間での遺伝子組み換え発生の活性を促進するあらゆる同様の手段を使用して、低下した不活性化速度を有する変異株B12依存性デヒドラターゼを構築しても良いことが考察される。遺伝子シャッフリング法は、その容易な実行と高速な変異誘発のために特に魅力的である。遺伝子シャッフリングのプロセスは、関心のある遺伝子と同様の(または異なる)追加的なDNA領域集団の存在下で、関心のある遺伝子を特定サイズの断片に限定することを伴う。次に断片のプールを変性させ再アニールして、変異遺伝子を作り出す。次に変異した遺伝子を変更した活性についてスクリーニングする。 Alternatives include the “gene shuffling” method (US Pat. Nos. 5,605,793, 5,811,238, 5,830,72, and 5,837). , 458 Pat), or using any similar means of promoting the activity of a gene recombination occurs between the nucleic acid may be constructed a mutant strain B 12-dependent dehydratase having a deactivation rate decreased It is considered. Gene shuffling is particularly attractive because of its easy performance and fast mutagenesis. The process of gene shuffling involves limiting the gene of interest to specific size fragments in the presence of an additional population of DNA regions similar (or different) to the gene of interest. The pool of fragments is then denatured and reannealed to create a mutated gene. The mutated gene is then screened for altered activity.

野生型B12依存性デヒドラターゼ配列を変異させて、この方法によって変更されまたは増強される活性についてスクリーニングしても良い。配列は二本鎖であるべきで、50bp〜10kB範囲の様々な長さであることができる。配列は技術分野で良く知られている制限エンドヌクレアーゼを使用して、約10bp〜1000bpの範囲の断片に無作為に消化されても良い(マニアティス(Maniatis)、同上)。完全長配列に加えて、配列の全部(または部分)とハイブリッド形成可能な断片集団を添加しても良い。同様に、野生型配列とハイブリッド形成可能でない断片集団を添加しても良い。典型的にこれらの追加的断片集団は、総核酸と比較して重量で約10倍〜20倍過剰に添加される。一般にこのプロセスは、混合物中に約100〜1000個の異なる特定の核酸断片の生成を可能にする。無作為核酸断片の混合集団は、変性されて一本鎖核酸断片を形成し、次に再アニールされる。その他の一本鎖核酸断片との相同性領域を有する一本鎖核酸断片のみが再アニールする。無作為核酸断片は、加熱によって変性されても良い。当業者は、二本鎖核酸を完全に変性するのに必要な条件を判定できる。好ましくは、温度は、約80℃〜100℃である。核酸断片を冷却によって再アニールしても良い。好ましくは、温度は約20℃〜75℃である。再生は、ポリエチレングリコール(「PEG」)または塩の添加によって加速できる。塩濃度は、好ましくは0mM〜200mMである。アニールされた核酸断片は、次に核酸ポリメラーゼおよびdNTP(すなわちdATP、dCTP、dGTPおよびdTTP)存在下でインキュベートされる。核酸ポリメラーゼは、クレノウ断片、Taqポリメラーゼまたは技術分野で知られているあらゆるその他のDNAポリメラーゼであっても良い。アニールに先だって、アニールと同時に、またはアニール後に、ポリメラーゼを無作為核酸断片に添加しても良い。変性、再生、およびポリメラーゼ存在下でのインキュベーションのサイクルは、所望の回数反復される。好ましくはサイクルは2〜50回反復され、より好ましくは、手順は10〜40回反復される。得られる核酸は約50bp〜約100kBのより大きな二本鎖ポリヌクレオチドであり、標準クローニングおよび発現プロトコルによって、発現および変更された活性についてスクリーニングしても良い(マニアティス(Maniatis)、同上)。 By mutating the wild-type B 12-dependent dehydratase sequences, the activity that is altered or enhanced by this method may be screened. The sequence should be double stranded and can be of various lengths ranging from 50 bp to 10 kB. The sequence may be randomly digested into fragments ranging from about 10 bp to 1000 bp using restriction endonucleases well known in the art (Maniatis, ibid). In addition to the full length sequence, a population of fragments capable of hybridizing to all (or part) of the sequence may be added. Similarly, a population of fragments that are not hybridizable to the wild type sequence may be added. Typically, these additional fragment populations are added in excess of about 10 to 20 times by weight compared to the total nucleic acid. In general, this process allows the production of about 100 to 1000 different specific nucleic acid fragments in a mixture. The mixed population of random nucleic acid fragments is denatured to form single stranded nucleic acid fragments and then reannealed. Only single-stranded nucleic acid fragments having regions of homology with other single-stranded nucleic acid fragments will reanneal. Random nucleic acid fragments may be denatured by heating. One skilled in the art can determine the conditions necessary to completely denature the double-stranded nucleic acid. Preferably, the temperature is about 80 ° C to 100 ° C. The nucleic acid fragment may be reannealed by cooling. Preferably, the temperature is about 20 ° C to 75 ° C. Regeneration can be accelerated by the addition of polyethylene glycol (“PEG”) or salt. The salt concentration is preferably 0 mM to 200 mM. The annealed nucleic acid fragments are then incubated in the presence of nucleic acid polymerase and dNTPs (ie dATP, dCTP, dGTP and dTTP). The nucleic acid polymerase may be Klenow fragment, Taq polymerase or any other DNA polymerase known in the art. A polymerase may be added to the random nucleic acid fragments prior to annealing, simultaneously with annealing, or after annealing. The cycle of denaturation, regeneration, and incubation in the presence of polymerase is repeated as many times as desired. Preferably the cycle is repeated 2-50 times, more preferably the procedure is repeated 10-40 times. The resulting nucleic acid is a larger double-stranded polynucleotide of about 50 bp to about 100 kB and may be screened for expression and altered activity by standard cloning and expression protocols (Maniatis, ibid.).

上で例証した方法(B12依存性デヒドラターゼをコードする遺伝子を直接に変異誘発するようにデザインされる)に加えて、変異株を作り出す伝統的方法をここで述べられる目的のために使用できる。例えばB12依存性デヒドラターゼ活性を有する野生型細胞を放射線または化学変異原などの多様な作用物質に暴露して、次に所望の表現型についてスクリーニングしても良い。放射線によって変異を作り出す場合、紫外線(UV)または電離放射線のどちらを使用しても良い。遺伝的変異に適した短波長UVの波長は200nm〜300nmの範囲内であり、254nmが好ましい。この波長内のUV放射線は、主にグアニジンおよびシトシンからアデニンおよびチミジンへの核酸配列内変化を引き起こす。全ての細胞は、ほとんどのUV誘導される変異を修復するDNA修復機序を有するので、カフェインおよびその他の阻害物質などの作用物質を添加して修復プロセスを妨害し、いくつかの効果的な変異を最大化しても良い。300nm〜400nm範囲の光を使用する長波UV変異もまた可能であるが、この範囲は、一般に、DNAと相互作用する様々な賦活物質(ソラレン染料など)との組み合わせで使用しない限り、短波長UV光ほど効果的でない。同様に化学作用物質による変異誘発も変異株を生成するのに効果的であり、一般に使用される物質としては、複製しないDNAに影響する化学物質(HNOおよびNHOHなど)、ならびに複製するDNAに影響する作用物質(フレームシフト変異を引き起こすことで注目すべきアクリジン染料など)が挙げられる。放射線または化学作用物質を使用して変異株を作り出す特定の方法については、技術分野において文書で十分に立証されている。例えばトーマスD.ブロック(Thomas D.Brock)著、生物工学:工業微生物学テキスト(Biotechnology:A Textbook of Industrial Microbilogy)、第二版、Sinauer Associates:マサチューセッツ州サンダーランド(Sunderland、MA)(1989)、またはデシュパンデ・ムクンド(Deshpande,Mukund)V.、Appl.Biochem.Biotechnol.、36:227(1992)を参照されたい。 In addition to the methods exemplified above (which are designed to directly mutagenesis the gene encoding the B 12-dependent dehydratase), they can be used for the purposes mentioned traditional methods of creating mutants here. For example B 12 wild-type cells having any dependency dehydratase activity by exposure to various agents such as radiation or chemical mutagens and then may be screened for the desired phenotype. When creating mutations by radiation, either ultraviolet (UV) or ionizing radiation may be used. The wavelength of short wavelength UV suitable for genetic variation is in the range of 200 nm to 300 nm, preferably 254 nm. UV radiation within this wavelength mainly causes intra-nucleic acid sequence changes from guanidine and cytosine to adenine and thymidine. All cells have a DNA repair mechanism that repairs most UV-induced mutations, so agents such as caffeine and other inhibitors are added to interfere with the repair process and some effective Mutations may be maximized. Longwave UV mutations using light in the range of 300 nm to 400 nm are also possible, but this range is generally short wavelength UV unless used in combination with various activators that interact with DNA (such as psoralen dyes). Not as effective as light. Similarly, mutagenesis with chemical agents is effective in generating mutant strains, and commonly used materials include chemicals that affect non-replicating DNA (such as HNO 2 and NH 2 OH) and replicate. Examples include agents that affect DNA (such as acridine dyes that should be noted by causing a frameshift mutation). Specific methods for creating mutants using radiation or chemical agents are well documented in the art. For example, Thomas D. Biotechnology: A Textbook of Industrial Microbiology, 2nd edition, Sinauer Associates (Sunderland, Mass.), Sunderland, Mass. Deshandande, Mukund) V. Appl. Biochem. Biotechnol. 36: 227 (1992).

変異誘発方法にかかわらず、酵素がグリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で増大した総代謝回転数を有するように、遺伝子を発達させても良い。これはkcatの増大および/または酵素不活性化速度の低下のどちらかによって達成できる。 Regardless of the mutagenesis method, the gene may be developed so that the enzyme has an increased total turnover number in the presence of glycerol and 1,3-propanediol. This can be achieved either by increasing k cat and / or decreasing the rate of enzyme inactivation.

不対プライマーを使用した遺伝子組み換え発生伸張法を使用したB12依存性デヒドラターゼの変異誘発
図5は、2個の遺伝子の遺伝子組み換えに基づく、不対プライマーを使用した遺伝子組み換え発生伸張法の原理を示す。この方法は、親遺伝子がそれらの5’および3’末端に異なるDNA配列を有することを必要とする。親遺伝子が、同一の5’および3’配列を有する場合、短い側方DNA断片は、(図5のステップAで示されるように)標準PCRによって遺伝子の5’または3’末端に付着されていなくてはならない。
The mutagenesis Figure 5 B 12-dependent dehydratase using recombinant generation stretching method using unpaired primers, based on the genetic modification of the two genes, the principle of the recombinant generation stretching method using unpaired primers Show. This method requires that the parent genes have different DNA sequences at their 5 ′ and 3 ′ ends. If the parent gene has identical 5 ′ and 3 ′ sequences, a short lateral DNA fragment has been attached to the 5 ′ or 3 ′ end of the gene by standard PCR (as shown in step A of FIG. 5). Must-have.

次に熱サイクルのための2個の不対プライマーのデザインに続いて、PCR生成物を遺伝子組み換え発生伸張法のテンプレーとして使用できる。プライマー−1はテンプレート−1の5’末端とアニールするが、テンプレート−2の5’末端とは結合しない。プライマー−2はテンプレート−2の3’末端とアニールするが、テンプレート−1の3’末端とは結合しない(ステップB)。これによってどちらの親テンプレートも熱サイクル反応によって増幅されないことが確実になる。   Then, following the design of two unpaired primers for thermal cycling, the PCR product can be used as a template for genetically engineered extension methods. Primer-1 anneals to the 5 'end of template-1 but does not bind to the 5' end of template-2. Primer-2 anneals to the 3 'end of template-2 but does not bind to the 3' end of template-1 (step B). This ensures that neither parent template is amplified by the thermal cycling reaction.

短いアニールおよび合成サイクルを実施することで、一連の短いDNA断片を作り出す(ステップC)。十分な相同性があれば、これらのDNA断片のいくつかは引き続くアニールサイクルで、異なるテンプレートとアニールする(すなわち「テンプレート切り替え」)(ステップD)。引き続いて図5で示されるように、組み換えDNA断片が作られる。最後にテンプレート−1の5’末端およびテンプレート−2の3’末端を有する組み換えDNA遺伝子が作り出される(ステップE)。   A short anneal and synthesis cycle is performed to create a series of short DNA fragments (step C). If there is sufficient homology, some of these DNA fragments will anneal to a different template (ie, “template switch”) in a subsequent annealing cycle (step D). Subsequently, a recombinant DNA fragment is made as shown in FIG. Finally, a recombinant DNA gene having a 5 'end of template-1 and a 3' end of template-2 is created (step E).

この時点で、これまでの不対プライマー−1およびプライマー−2は、新たに作り出された組み換え遺伝子のための対合プライマーになる。さらなるアニールおよび合成サイクルによって、テンプレート−1の5’末端およびテンプレート−2の3’末端を有する組み換えDNA遺伝子のプールを増幅する(図5のステップF)。増幅ステップ中に、組み換えDNA遺伝子をさらに遺伝子組み換えすることができ、それによって組み換えDNA遺伝子の交差数が増加する。理論的には、全ての増幅された生成物が組み換えDNA生成物であるべきである。これらの組み換え生成物は親テンプレート分子から直接誘導でき、あるいは追加的変異(例えば挿入、欠失、および置換)が最終遺伝子組み換え産生物中に組み込まれても良い。最終反応混合物中への親テンプレートの混入はごくわずかである。   At this point, the previous unpaired primer-1 and primer-2 become paired primers for the newly created recombinant gene. A further annealing and synthesis cycle amplifies a pool of recombinant DNA genes having the 5 'end of template-1 and the 3' end of template-2 (step F of FIG. 5). During the amplification step, the recombinant DNA gene can be further genetically modified, thereby increasing the number of crossovers of the recombinant DNA gene. Theoretically, all amplified products should be recombinant DNA products. These recombinant products can be derived directly from the parent template molecule, or additional mutations (eg, insertions, deletions, and substitutions) may be incorporated into the final genetically modified product. There is negligible contamination of the parent template in the final reaction mixture.

この方法論についてさらに詳しくは、参照によって本明細書に援用する米国特許出願第0/374366号明細書で開示される。   More details on this methodology are disclosed in US patent application Ser. No. 0 / 374,366, incorporated herein by reference.

改善された速度性能を有するB12依存性デヒドラターゼ変異体の同定
改善された速度性能を有するB12依存性デヒドラターゼ変異体を(大集団から)同定するために、ハイスループットアッセイの開発は、スクリーニングを極めて容易にする。2回の測定に依存して、標準(例えば野生型GDH)と比較したkcatの改善および/またはデヒドラターゼ変異体の総代謝回転数の推定を提供する、単純なスクリーニング方法がここで開示される。具体的には、GDH変異遺伝子ライブラリーを標準方法によってGDH発現について大腸菌(E.coli)中にクローン化し、単離株を得てレノックス・ブロス中で培養し、透過化処理して、次にGDH活性についてアッセイした。スクリーニング方法はホールセルに含有されるGDHについて述べられるが、当業者は方法を容易に変更して、粗製または精製調製品中の酵素に適用できることを認識するであろう。
The B 12-dependent dehydratase variant having a B 12 dependent identified improved speed performance of the dehydratase mutants with improved speed performance (from a large population) in order to identify, develop high-throughput assays, screening Make it very easy. Disclosed herein is a simple screening method that provides an improvement in k cat compared to a standard (eg, wild type GDH) and / or an estimate of the total turnover number of a dehydratase variant, depending on two measurements. . Specifically, a GDH mutant gene library is cloned into E. coli for GDH expression by standard methods, an isolate is obtained, cultured in Lennox broth, permeabilized, and then Assayed for GDH activity. Although screening methods are described for GDH contained in whole cells, those skilled in the art will recognize that the methods can be easily modified and applied to enzymes in crude or purified preparations.

ここで開発されたGDHアッセイは、補酵素B12、デヒドラターゼ再活性化因子、またはB12依存性デヒドラターゼ供給源を有さない細胞における、アポ酵素形態のGDH酵素の存在に依存する。触媒的に活性のGDHホロ酵素は、培養液への補酵素B12の添加によってのみ形成する。したがってGDHの反応は、補酵素B12および基質グリセロールの添加によって、高精度で効果的にスイッチ「オン」できる。これによってGDH活性の持続時間(タイミング)の正確な制御が可能になり、したがって正確なGDH活性の測定が可能になる。反応は0時(時間=t)に開始され、反応の初期相中(tの直後、および酵素不活性化が起きる前、時間=t)の生成物形成が測定される。さらに生成物形成が、さらにより長時間測定される(tの直後、および酵素不活性化完了後、時間=t)。生成物(3−HP)形成の判定は、比色アルデヒド分析に基づく(ズーレック(Zurek)G.、およびU.カルスト(Karst)、Analytica Chimica Acta、351:247〜257(1997))。 The GDH assay developed here relies on the presence of the apoenzyme form of the GDH enzyme in cells that do not have a coenzyme B 12 , dehydratase reactivator, or B 12- dependent dehydratase source. GDH holoenzyme catalytically active form only by the addition of coenzyme B 12 into the culture solution. Thus, the reaction of GDH can be switched “on” with high precision and efficiency by the addition of coenzyme B 12 and the substrate glycerol. This allows for precise control of the duration (timing) of GDH activity, thus allowing accurate measurement of GDH activity. The reaction starts at 0:00 (time = t 0 ) and product formation is measured during the initial phase of the reaction (immediately after t 0 and before enzyme inactivation occurs, time = t 1 ). Furthermore, product formation is measured even longer (immediately after t 0 and after completion of enzyme inactivation, time = t 2 ). Determination of product (3-HP) formation is based on colorimetric aldehyde analysis (Zurek G., and U. Karst, Analytica Chimica Acta, 351: 247-257 (1997)).

飽和濃度の補酵素B12およびグリセロール存在下のGDHでは、経時的に生成する3−HPの量(y)は、次によって推定される。
y=T+AMP(1-exp(−k観察された不活性 時間))
式中、Tはt時の3−HPの量(バックグラウンド)であり、AMPはtからGDHが完全に不活性化されるまでの間に生成する3−HPの量(総代謝回転数)であり、k観察された不活性は、観察された一次不活性化速度定数である。1,3−プロパンジオールが存在しないので、k観察された不活性は、全てk不活性グリセロール(グリセロールに起因する一次不活性化速度定数)に起因する(図1上方の曲線を参照されたい)。AMPは、[GDH]cat/k観察された不活性に等しい。経時変化を使用して、固定濃度のGDH、補酵素B12、およびグリセロールのための適切な時間(tおよびt)を確立する。Tについて補正した後、tで形成した生成物量(T1、酵素不活性化が起きる前)を使用して[GDH]catを推定し、tで形成した生成物(T2、酵素不活性化の完了後)を使用して、総代謝回転数および[GDH]cat/k観察された不活性を推定する。したがってT1値はkcatに正比例し、T2値はkcat/k観察された不活性に正比例し、T2/T1は1/k観察された不活性を与える。
In GDH of coenzyme B 12 and glycerol presence of saturating concentrations, the amount of 3-HP with time generated (y) is estimated by the following.
y = T 0 + AMP (1-exp (−k observed inactivity * time))
In the formula, T 0 is the amount of 3-HP at t 0 (background), and AMP is the amount of 3-HP (total metabolism) produced from t 0 until GDH is completely inactivated. The observed inactivity is the observed first-order inactivation rate constant. In the absence of 1,3-propanediol, the observed inactivity is all due to k -inactive glycerol (first-order inactivation rate constant due to glycerol) (see the upper curve in FIG. 1). . AMP is equal to the observed inactivity [GDH] * k cat / k. The time course is used to establish appropriate times (t 1 and t 2 ) for fixed concentrations of GDH, coenzyme B 12 , and glycerol. After correcting for T 0 , the amount of product formed at t 1 (T 1, before enzyme inactivation occurs) is used to estimate [GDH] * k cat and the product formed at t 2 (T 2, enzyme Is used to estimate the total turnover number and [GDH] * k cat / k observed inactivity . Thus, the T1 value is directly proportional to k cat , the T2 value is directly proportional to k cat / k observed inactivity , and T2 / T1 gives 1 / k observed inactivity .

適切な時間(tおよびt)を(1,3−プロパンジオール不在下で)固定濃度の野生型GDH、補酵素B12およびグリセロールについて判定した後、T1およびT2の値を同一アッセイ条件下で、しかし1,3−プロパンジオールを添加して再度測定した(図1下方の曲線)。グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下では競合的阻害が起き、k観察された不活性はkgly(グリセロールに起因する一次不活性化速度定数)およびk1,3−プロパンジオール(1,3−プロパンジオールに起因する一次不活性化速度定数)の双方の関数である。適切な1,3−プロパンジオール濃度において、T1値は1,3−プロパンジオール不在下での値(1,3−プロパンジオールおよびグリセロールの競合的阻害を反映する)から測定可能に低下し、T2値は1,3−プロパンジオール不在下での値(k1,3−プロパンジオール>kglyと言う事実を反映する)から大幅に低下した。二点アッセイでは、グリセロールは、5〜50mM、好ましくは10mMの濃度で存在し、1,3−プロパンジオールは10〜300mM、好ましくは50mMの濃度で存在する。 After determining the appropriate time (t 1 and t 2 ) for a fixed concentration of wild-type GDH, coenzyme B 12 and glycerol (in the absence of 1,3-propanediol), the values of T1 and T2 are determined under the same assay conditions. However, it was measured again with the addition of 1,3-propanediol (lower curve in FIG. 1). Competitive inhibition occurs in the presence of glycerol and 1,3-propanediol, and the observed inactivity is k gly (first-order inactivation rate constant due to glycerol) and k 1,3-propanediol (1,3 -A function of both the first-order inactivation rate constant due to propanediol). At the appropriate 1,3-propanediol concentration, the T1 value decreases measurablely from the value in the absence of 1,3-propanediol (reflecting competitive inhibition of 1,3-propanediol and glycerol) and T2 The value was significantly reduced from the value in the absence of 1,3-propanediol (reflecting the fact that k 1,3-propanediol > k gly ). In a two-point assay, glycerol is present at a concentration of 5-50 mM, preferably 10 mM, and 1,3-propanediol is present at a concentration of 10-300 mM, preferably 50 mM.

出願人らは、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で、野生型GDH−対−変異体株を調べる条件を確立した。顕微鏡的レベルでは、GDHへの変異の導入は、グリセロールおよび/または1,3−プロパンジオールに対する酵素親和力kcat、ならびにそれぞれのk不活性値に影響するかもしれない。最初は親和性および速度定数が互いに非依存に変動するという保証がなかったが、これらのパラメーターのバリエーションが、10mMのグリセロールおよび50mMの1,3−プロパンジオール存在下で実施された二点アッセイ(T1およびT2)の結果にいかに影響できるかを考えることは有用であった。具体的には、緩慢な不活性化(k観察された不活性の低下)は、増大するT2/T1比率をもたらす。他方、T1またはT2いずれかのバリエーションは、酵素の固有の特性の変化に起因することができる。例えばグリセロールおよび1,3−プロパンジオールの相対親和性が一定で、kcatおよびk不活性値を比例して低下させると、T2/T1は増大するがT1は低くなる。他方、グリセロールとの正常な相互作用を有するが、1,3−プロパンジオールへの低下した相対親和力、または1,3−プロパンジオール不活性化のより低い速度定数を有する変異株は、ほぼ正常なT1、上昇したT2、およびより高いT2/T1比率を示すべきである。正常なグリセロールおよび1,3−プロパンジオール親和性を有するが、どちらかの化合物に対する低下したk不活性を有する変異株もまた、正常なT1を示し、増大するT2およびT2/T1比率を示すべきである。k不活性における、あるいは基質または1,3−プロパンジオール親和力における変化がないkcatの増大は、T1およびT2を増大させるが、T2/T1比率は増大させない。上述の多数のバリエーションにもかかわらず、ここでの研究の目的は、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で、GDH酵素の総代謝回転数を増大させることである。これはkcatの増大および/または酵素不活性化速度の低下のどちらかによって達成できる。したがって野生型と比較して、より高いT1および/またはより高いT2および/またはより高いT2/T1値、またはこれらのパラメーターのあらゆる組み合わせより成る群から選択される少なくとも1つの改善を示す変異株は、改善された特性を有すると見なされる。 Applicants established conditions for examining wild-type GDH-versus mutant strains in the presence of glycerol and 1,3-propanediol. At the microscopic level, the introduction of mutations into GDH may affect the enzyme affinity k cat for glycerol and / or 1,3-propanediol, and the respective k inactivity values. Initially there was no guarantee that the affinity and rate constants would vary independently of each other, but variations in these parameters were performed in the presence of 10 mM glycerol and 50 mM 1,3-propanediol (two-point assay). It was useful to consider how the results of T1 and T2) can be affected. Specifically, slow inactivation (k observed decrease in inactivity ) results in an increased T2 / T1 ratio. On the other hand, variations in either T1 or T2 can be attributed to changes in the intrinsic properties of the enzyme. For example, if the relative affinity of glycerol and 1,3-propanediol is constant and k cat and k inactivity values are reduced proportionally, T2 / T1 increases but T1 decreases. On the other hand, mutants that have normal interaction with glycerol but have a reduced relative affinity for 1,3-propanediol or a lower rate constant for inactivation of 1,3-propanediol are almost normal. It should show T1, elevated T2, and higher T2 / T1 ratio. Mutants with normal glycerol and 1,3-propanediol affinity but with reduced k inactivity for either compound should also show normal T1 and show increased T2 and T2 / T1 ratios It is. An increase in k cat in k inactivity or no change in substrate or 1,3-propanediol affinity increases T1 and T2, but does not increase the T2 / T1 ratio. Despite the many variations described above, the aim of the study here is to increase the total turnover number of the GDH enzyme in the presence of glycerol and 1,3-propanediol. This can be achieved either by increasing k cat and / or decreasing the rate of enzyme inactivation. Therefore, compared to the wild type, a mutant exhibiting at least one improvement selected from the group consisting of higher T1 and / or higher T2 and / or higher T2 / T1 values, or any combination of these parameters, Is considered to have improved properties.

1,3−プロパンジオール濃度と比べてグリセロール濃度が低い場合、(kcatの推定のための)T1の測定は可能でないので、1,3−プロパンジオールによる顕著な不活性化が起きる。1,3−プロパンジオール生成プロセスにおいては高い1,3−プロパンジオール濃度および低いグリセロール濃度が望ましいので、これらの条件は妥当である。問題のこの側面を認識して、グリセロールがxx〜yymM、好ましくは10mMの濃度で存在し、1,3−プロパンジオールが300mMを超え、好ましくは600mMの濃度で存在すること以外は、上述のようにして一点アッセイが提供される。この一点アッセイでは、時間がt終点によって示され、3−HPの生成量がT(XXX)によって示され、XXXは1,3−プロパンジオールの濃度(mM)である。 If the glycerol concentration is low compared to the 1,3-propanediol concentration, the measurement of T1 (for estimation of k cat ) is not possible and thus significant inactivation by 1,3-propanediol occurs. These conditions are reasonable because a high 1,3-propanediol concentration and a low glycerol concentration are desirable in the 1,3-propanediol production process. Recognizing this aspect of the problem, as described above, except that glycerol is present at a concentration of xx to yymM, preferably 10 mM and 1,3-propanediol is present at a concentration of greater than 300 mM, preferably 600 mM. Thus, a single point assay is provided. In this one-point assay, the time is indicated by the t endpoint , the amount of 3-HP produced is indicated by T (XXX), and XXX is the concentration (mM) of 1,3-propanediol.

補酵素B12不活性化に影響する重大なアミノ酸の同定
出願人らは、野生型遺伝子と比べて、低下した補酵素B12不活性化速度を有する多様な変異株GDH酵素を開示する。これらの変異株は、上述の変異誘発およびスクリーニング方法を使用して同定された。変異株、変更アミノ酸残基、1/k観察された不活性活性(T2/T1として測定される)、およびT2を表1にまとめる。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。
Identification of Critical Amino Acids that Affect Coenzyme B 12 Inactivation Applicants disclose a variety of mutant GDH enzymes with reduced coenzyme B 12 inactivation rates compared to the wild type gene. These mutants were identified using the mutagenesis and screening methods described above. Mutants, altered amino acid residues, 1 / k observed inactivity (measured as T2 / T1), and T2 are summarized in Table 1. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

上述の変異誘発およびスクリーニング方法を使用して同定された追加的な変異株を表4にまとめる。この表は各変異株、変更アミノ酸残基、およびT(600)活性に関する情報を提示する。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   Additional mutant strains identified using the mutagenesis and screening methods described above are summarized in Table 4. This table presents information on each mutant, altered amino acid residue, and T (600) activity. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

低下した補酵素B12−不活性化速度を有する多様な変異株GDH酵素が上で開示される。本発明の好ましい変異株としては、配列番号:40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、143、147、151、155、159、163、167、171、175、179、182、186、189、192、195、198、201、204、208、212、215、218、221、225、229、233、237、241、245、249、253、257、261、265、269、273、277、281、285、289、293、297、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337が挙げられる。本発明のより好ましい変異株は配列番号:140、179、186、189、192、195、198、201、212、215、218、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337である。本発明の最も好ましい変異株は、配列番号:313、322、および328である。 A variety of mutant GDH enzymes with reduced coenzyme B 12 -inactivation rates are disclosed above. Preferred mutants of the present invention include SEQ ID NOs: 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76, 80, 84, 88, 92, 96, 100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132, 136, 140, 143, 147, 151, 155, 159, 163, 167, 171, 175, 179, 182, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 204, 208, 212, 215, 218, 221, 225, 229, 233, 237, 241, 245, 249, 253, 257, 261, 265, 269, 273, 277, 281, 285, 289, 293, 297, 301, 304, 307, 310, 313, 316, 319, 322, 325, 328, 331, 334, and 337 It is below. More preferred variants of the present invention are SEQ ID NOs: 140, 179, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 212, 215, 218, 301, 304, 307, 310, 313, 316, 319, 322, 325. 328, 331, 334, and 337. The most preferred variants of the present invention are SEQ ID NOs: 313, 322, and 328.

上の変異株に加えて、それぞれが表2および3に列挙された変異のいくつかの組み合わせをさらに有する、改善された反応速度を有する変異株の大きなプールが合成できる。例えば複数点変異を有する変異株GDHにおける各変異を酵素の全体的反応速度の改善に向けた望ましい効果について評価できる。所望ならば、反応速度を高めなかったあらゆる変異は野生型配列に戻せる。同様に一点変異のみを有する上のリストのGDH変異株を上で開示される別の変異と組み合わせて、酵素の活性をさらに改善することができる。出願人らは、GDH酵素における以下の有用な変異を開示し、これらは多様を組み合わせで使用して野生型遺伝子と比較し、低下した補酵素B12不活性化速度を有する代案の変異株GDH酵素を生成しても良い。これらの変異としては、
1.α−サブユニット中:TCA(α−Ser41)からTCG(Ser)、GTG(α−Val44)からGCG(Ala)、GTG(α−Val44)からGAG(Glu)、GGT(α−Gly47)からGGC(Gly)、CAG(α−Gln59)からCGG(Arg)、ATG(α−Met62)からGTG(Val)、ATG(α−Met62)からACG(Thr)、ATG(α−Met62)からCTG(Leu)、ATC(α−Ile63)からGTC(Val)、GGG(α−Gly63)からGGA(Gly)、CGA(α−Arg65)からCAA(Gln)、ATC(α−Ile67)からGTC(Val)、TAC(α−Tyr70)からAAC(Asn)、GTT(α−Val74)からGTC(Val)、GTT(α−Val74)からATT(Ile)、ACG(α−Thr77)からGCG(Ala)、GTG(α−Val86)からGAG(Glu)、CAC(α−His96)からCAT(His)、ATC(α−Ile102)からACC(Thr)、ATC(α−Ile102)からGTC(Val)、ATC(α−Ile105)からATT(Ile)、GTC(α−Val115)からGCC(Ala)、GAG(α−Glu116)からGAA(Glu)、GCG(α−Ala119)からACG(Thr)、GTG(α−Val124)からGCG(Ala)、CGT(α−Arg134)からCGC(Arg)、CGG(α−Arg137)からAGG(Arg)、AAC(α−Asn141)からATC(Ile)、TGC(α−Cys143)からTGT(Cys)、CTC(α−Leu148)からCGC(Arg)、AAA(α−Lys149)からAGA(Arg)、AAA(α−Lys149)からCAA(Gln)、GAT(α−Asp150)からCAT(His)、GAT(α−Asp150)からGAC(Asp)、AAT(α−Asn151)からAAC(Asn)、CCG(α−Pro152)からCCC(Pro)、TCA(α−Ser168)からCCA(Pro)、TGC(α−Cys193)からAGC(Ser)、GAG(α−Glu209)からGAA(Glu)、ATG(α−Met214)からTTG(Leu)、GGC(α−Gly216)からGGG(Gly)、TTA(α−Leu217)からGTA(Val)、AGC(α−Ser219)からAAC(Asn)、GTG(α−Val224)からCTG(Leu)、GTG(α−Val224)からATG(Met)、GTG(α−Val224)からTTG(Leu)、GTC(α−Val226)からGCC(Ala)、GCG(α−Ala231)からACG(Thr)、TTT(α−Phe233)からCTT(Leu)、GGC(α−Gly236)からAGC(Ser)、GAG(α−Glu240)からGAA(Glu)、CAG(α−Gln242)からCAA(Gln)、ATG(α−Met257)からGTG(Val)、ATG(α−Met257)からACG(Thr)、CTG(α−Leu268)からCTA(Leu)、TAT(α−Tyr271)からTGT(Cys)、ACT(α−Asn288)からACC(Asn)、GTG(α−Val301)からGTA(Val)、ATG(α−Met306)からCTG(Leu)、ATG(α−Met306)からTTG(Leu)、GCT(α−Ala309)からGCC(Ala)、ATT(α−Ile314)からGTT(Val)、CTG(α−Leu318)からTTG(Leu)、CAG(α−Gln337)からCAA(Gln)、TTC(α−Phe339)からGTC(Val)、CGC(α−Arg346)からCGG(Arg)、ACC(α−Thr350)からGCC(Ala)、GCC(α−Ala376)からGCT(Ala)、GTT(α−Val423)からATT(Ile)、CGC(α−Arg425)からCGT(Arg)、CCG(α−Pro430)からTCG(Ser)、AAC(α−Asn447)からAAT(Asn)、CCG(α−Pro450)からCCA(Pro)、GCG(α−Ala460)からGCA(Ala)、GTG(α−Val461)からGGG(Gly)、GAA(α−Glu462)からGAG(Glu)、AAC(α−Asn468)からAAT(Asn)、ACC(α−Thr470)からGCC(Ala)、AGC(α−Ser481)からAGT(Ser)、AAT(α−Asn489)からAGT(Ser)、ACC(α−Thr499)からGCC(Ala)、TAC(α−Tyr502)からCAC(His)、CTC(α−Leu509)からTTC(Phe)、CTC(α−Leu509)からTTT(Phe)、TTC(α−Phe513)からCTC(Leu)、AAC(α−Asn520)からAGC(Ser)、CGC(α−Arg533)からGGC(Gly)、GTT(α−Val549)からGCT(Ala)、ACC(α−Thr553)からACG(Thr)、TAA(αの停止)からCAA(Gln)、TAA(αの停止)からGAA(Glu)、
2.β−サブユニット中:CAA(β−Gln2)からCGA(Arg);TTT(β−Phe11)からTTA(Leu)、TTT(β−Phe11)からTTC(Phe)、CTG(β−Leu13)からCCG(Pro)、AAAβ−Lys14)からAGA(Arg)、GGG(β−Gly19)からGAG(Glu)、GAT(β−Asp24からGGT(Gly)、GAT(β−Asp24)からGAA(Glu)、GAA(β−Glu25)からGAG(Glu)、GCC(β−Ala27)からTCC(Ser)、GAA(β−Glu29)からGAG(Glu)、ACT(β−Thr45)からGCT(Ala)、GCG(β−Ala53)からGTG(Val)、AAA(β−Lys56)からAGA(Arg)、CTG(β−Leu58)からCTT(Leu)、GAA(β−Glu64)からGAG(Glu)、CTT(β−Leu67)からCTC(Leu)、CGG(β−Arg70)からCGA(Arg)、GCC(β−Ala88)からGCT(Ala)、GAT(β−Asp111)からGAA(Glu)、CTG(β−Leu113)からCCG(Pro)、TCT(β−Ser122)からCCC(Pro)、GAG(β−Glu130)からGGG(Gly)、CCG(β−Pro152)からACG(Thr)、CCG(β−Pro152)からTCG(Ser)、AAC(β−Asn155)からAGC(Ser)、AAC(β−Asn155)からAAG(Lys)、AAA(β−Lys166)からAGA(Arg)、AAA(β−Lys173)からGAA(Glu)、GAC(β−Asp181)からGGC(Gly)、CCC(β−Pro184)からCCT(Pro)、および
3.γ−サブユニット中:AAA(γ−Lys4)からAAG(Lys)、ATC(γ−Ile21)からACC(Thr)、AAA(γ−Lys27)からAGA(Arg)、GAG(γ−Glu35)からAAG(Lys)、ATC(γ−Ile49)からACC(Thr)、ACC(γ−Thr53)からGCC(Ala)、ACC(γ−Thr53)からTCC(Ser)、ACC(γ−Thr53)からTGT(Cys)、CAT(γ−His67)からTAT(Tyr)、AAT(γ−Asn72)からAGT(Ser)、CAG(γ−Gln101)からCGG(Arg)、ACC(γ−Thr114)からTCC(Ser)、ACC(γ−Thr114)からGCC(Ala)、GCC(γ−Ala122)からGTC(Val)、GCG(γ−Ala128)からGTG(Val)、およびCTG(γ−Leu137)からCTA(Leu)が挙げられる。
In addition to the above mutants, a large pool of mutants with improved kinetics can be synthesized, each further comprising some combination of the mutations listed in Tables 2 and 3. For example, each mutation in a mutant strain GDH having a multipoint mutation can be evaluated for a desired effect for improving the overall reaction rate of the enzyme. If desired, any mutation that did not increase the reaction rate can be reverted to the wild type sequence. Similarly, the above list of GDH mutants having only a single point mutation can be combined with another mutation disclosed above to further improve the activity of the enzyme. Applicants disclose the following useful mutations in the GDH enzyme, which use a variety of combinations in combination with an alternative mutant GDH that has a reduced rate of coenzyme B 12 inactivation compared to the wild-type gene: Enzymes may be produced. These mutations include:
1. In α-subunit: TCA (α-Ser41) to TCG (Ser), GTG (α-Val44) to GCG (Ala), GTG (α-Val44) to GAG (Glu), GGT (α-Gly47) to GGC (Gly), CAG (α-Gln59) to CGG (Arg), ATG (α-Met62) to GTG (Val), ATG (α-Met62) to ACG (Thr), ATG (α-Met62) to CTG (Leu) ), ATC (α-Ile63) to GTC (Val), GGG (α-Gly63) to GGA (Gly), CGA (α-Arg65) to CAA (Gln), ATC (α-Ile67) to GTC (Val), TAC (α-Tyr70) to AAC (Asn), GTT (α-Val74) to GTC (Val), GTT (α- al74) to ATT (Ile), ACG (α-Thr77) to GCG (Ala), GTG (α-Val86) to GAG (Glu), CAC (α-His96) to CAT (His), ATC (α-Ile102) To ACC (Thr), ATC (α-Ile102) to GTC (Val), ATC (α-Ile105) to ATT (Ile), GTC (α-Val115) to GCC (Ala), GAG (α-Glu116) to GAA (Glu), GCG (α-Ala119) to ACG (Thr), GTG (α-Val124) to GCG (Ala), CGT (α-Arg134) to CGC (Arg), CGG (α-Arg137) to AGG (Arg) ), AAC (α-Asn141) to ATC (Ile), TGC (α-Cys143) To TGT (Cys), CTC (α-Leu148) to CGC (Arg), AAA (α-Lys149) to AGA (Arg), AAA (α-Lys149) to CAA (Gln), GAT (α-Asp150) to CAT (His), GAT (α-Asp150) to GAC (Asp), AAT (α-Asn151) to AAC (Asn), CCG (α-Pro152) to CCC (Pro), TCA (α-Ser168) to CCA (Pro ), TGC (α-Cys193) to AGC (Ser), GAG (α-Glu209) to GAA (Glu), ATG (α-Met214) to TTG (Leu), GGC (α-Gly216) to GGG (Gly), From TTA (α-Leu217) to GTA (Val), AGC (α-Ser219) AAC (Asn), GTG (α-Val224) to CTG (Leu), GTG (α-Val224) to ATG (Met), GTG (α-Val224) to TTG (Leu), GTC (α-Val226) to GCC ( Ala), GCG (α-Ala 231) to ACG (Thr), TTT (α-Phe 233) to CTT (Leu), GGC (α-Gly 236) to AGC (Ser), GAG (α-Glu 240) to GAA (Glu) CAG (α-Gln242) to CAA (Gln), ATG (α-Met257) to GTG (Val), ATG (α-Met257) to ACG (Thr), CTG (α-Leu268) to CTA (Leu), TAT (Α-Tyr271) to TGT (Cys), ACT (α-Asn288) to A C (Asn), GTG (α-Val301) to GTA (Val), ATG (α-Met306) to CTG (Leu), ATG (α-Met306) to TTG (Leu), GCT (α-Ala309) to GCC ( Ala), ATT (α-Ile 314) to GTT (Val), CTG (α-Leu 318) to TTG (Leu), CAG (α-Gln 337) to CAA (Gln), TTC (α-Phe 339) to GTC (Val) , CGC (α-Arg346) to CGG (Arg), ACC (α-Thr350) to GCC (Ala), GCC (α-Ala376) to GCT (Ala), GTT (α-Val423) to ATT (Ile), CGC (Α-Arg425) to CGT (Arg), CCG (α-Pro430) to TCG Ser), AAC (α-Asn447) to AAT (Asn), CCG (α-Pro450) to CCA (Pro), GCG (α-Ala460) to GCA (Ala), GTG (α-Val461) to GGG (Gly) , GAA (α-Glu462) to GAG (Glu), AAC (α-Asn468) to AAT (Asn), ACC (α-Thr470) to GCC (Ala), AGC (α-Ser481) to AGT (Ser), AAT (Α-Asn489) to AGT (Ser), ACC (α-Thr499) to GCC (Ala), TAC (α-Tyr502) to CAC (His), CTC (α-Leu509) to TTC (Phe), CTC (α -Leu509) to TTT (Phe), TTC (α-Phe513) to CTC (L u), AAC (α-Asn520) to AGC (Ser), CGC (α-Arg533) to GGC (Gly), GTT (α-Val549) to GCT (Ala), ACC (α-Thr553) to ACG (Thr) TAA (stop α) to CAA (Gln), TAA (stop α) to GAA (Glu),
2. In β-subunit: CAA (β-Gln2) to CGA (Arg); TTT (β-Phe11) to TTA (Leu), TTT (β-Phe11) to TTC (Phe), CTG (β-Leu13) to CCG (Pro), AAAβ-Lys14) to AGA (Arg), GGG (β-Gly19) to GAG (Glu), GAT (β-Asp24 to GGT (Gly), GAT (β-Asp24) to GAA (Glu), GAA (Β-Glu25) to GAG (Glu), GCC (β-Ala27) to TCC (Ser), GAA (β-Glu29) to GAG (Glu), ACT (β-Thr45) to GCT (Ala), GCG (β -Ala53) to GTG (Val), AAA (β-Lys56) to AGA (Arg), CTG (β-Leu) 8) to CTT (Leu), GAA (β-Glu64) to GAG (Glu), CTT (β-Leu67) to CTC (Leu), CGG (β-Arg70) to CGA (Arg), GCC (β-Ala88) To GCT (Ala), GAT (β-Asp111) to GAA (Glu), CTG (β-Leu113) to CCG (Pro), TCT (β-Ser122) to CCC (Pro), GAG (β-Glu130) to GGG (Gly), CCG (β-Pro152) to ACG (Thr), CCG (β-Pro152) to TCG (Ser), AAC (β-Asn155) to AGC (Ser), AAC (β-Asn155) to AAG (Lys) ), AAA (β-Lys166) to AGA (Arg), AAA (β-Lys173) to G A (Glu), GAC (β-Asp181) to GGC (Gly), CCC (β-Pro184) to CCT (Pro), and 3. In the γ-subunit: AAA (γ-Lys4) to AAG (Lys), ATC (γ-Ile21) to ACC (Thr), AAA (γ-Lys27) to AGA (Arg), GAG (γ-Glu35) to AAG (Lys), ATC (γ-Ile49) to ACC (Thr), ACC ( γ-Thr53) to GCC (Ala), ACC (γ-Thr53) to TCC (Ser), ACC (γ-Thr53) to TGT (Cys), CAT (γ-His67) to TAT (Tyr), AAT (γ- Asn72) to AGT (Ser), CAG (γ-Gln101) to CGG (Arg), ACC (γ-Thr114) TCC (Ser), ACC (γ-Thr114) to GCC (Ala), GCC (γ-Ala122) to GTC (Val), GCG (γ-Ala128) to GTG (Val), and CTG (γ-Leu137) to CTA (Leu).

同様のヌクレオチドおよびアミノ酸変異は、野生型GDH以外のその他のB12依存性デヒドラターゼ中で作ることができる。関心のあるB12依存性デヒドラターゼとGDHを並べることで、変異を必要とする正確なヌクレオチド/塩基の位置が示される。 Similar nucleotide and amino acid mutations can be made in other B 12-dependent dehydratase other than wild-type GDH. By arranging a certain B 12-dependent dehydratase and GDH of interest, location of the exact nucleotide / base requiring mutant are shown.

本発明は、上述の特定の変異のみならず化学的に同等のアミノ酸の置換を許すものも包含する。したがって例えばアミノ酸が脂肪族非極性アミノ酸であるアラニンによって置換されると、同一部位が、化学的に同等のアミノ酸であるセリンによって置換されても良いことが期待される。   The present invention encompasses not only the specific mutations described above, but also those that allow substitution of chemically equivalent amino acids. Therefore, for example, when an amino acid is substituted with alanine, which is an aliphatic nonpolar amino acid, it is expected that the same site may be substituted with serine, which is a chemically equivalent amino acid.

デヒドラターゼのタンパク質工学技術
今や、遺伝的工学技術および分子グラフィックスの方法、すなわちタンパク質工学技術によって、三次元構造情報と古典的タンパク質化学を組み合わせることで、タンパク質の多くの特性の変性を試みることが可能である。変更された活性を有する酵素を得るこのアプローチは、最初にモデル分子の生成、または未知の構築と同様の配列を有する既知の構築の使用に依存する。
Protein engineering technology of dehydratase It is now possible to try to denature many properties of proteins by combining 3D structural information and classical protein chemistry by means of genetic engineering techniques and molecular graphics methods, ie protein engineering techniques It is. This approach to obtaining an enzyme with altered activity relies first on the generation of a model molecule or the use of a known construction with a sequence similar to the unknown construction.

ここでの目的では、基質フリー形態のB12依存性グリセロールデヒドラターゼの三次元結晶構造がX線結晶構造解析によってあらかじめ求められ(リャオ(Liao)ら、J.Inorganic Biochem.(近刊))、さらに1,2−プロパンジオールとの複合体中の酵素の構造も報告されている(ヤマニシ(Yamanishi)ら、Eur.J.Biochem.、269:4484〜4494(2002))。これらのB2依存性グリセロールデヒドラターゼの三次元モデル、および変異の「ホットスポット」が反応速度において改善された活性を示す(自殺不活性化速度が低下した)これらのデヒドラターゼ酵素内のどこに典型的に位置するのかという理解から、デヒドラターゼ構造内の領域を標的にすることができ、そこでは構造の代案の変更がタンパク質の特性に所望の変化をもたらすかもしれない。したがって例えば以下の野生型残基を標的とした領域的部位−誘導変異誘発からは、改善された触媒活性を有する追加的なデヒドラターゼ変異株が生じることが期待される。
1)残基62〜70(α−サブユニットのN−末端から2番目のαらせんを包含する)および/または
2)残基219〜236(活性部位近くの領域、TIMバレルの4番目のβ−鎖の部分と、続くα−サブユニットのループおよび短いらせんを包含する)。
For this purpose, the three-dimensional crystal structure of the substrate-free form of B 12- dependent glycerol dehydratase was previously determined by X-ray crystal structure analysis (Liao et al., J. Inorganic Biochem. The structure of the enzyme in a complex with 2-propanediol has also been reported (Yamanishi et al., Eur. J. Biochem., 269: 4484-4494 (2002)). These B 12 -dependent three-dimensional models of glycerol dehydratase, and where the “hot spots” of mutations show improved activity in reaction rate (reduced suicide inactivation rate) are typical of these dehydratase enzymes Can be targeted to regions within the dehydratase structure, where alterations in the structure alternative may result in the desired changes in protein properties. Thus, for example, regional site-induced mutagenesis targeting the following wild-type residues is expected to result in additional dehydratase mutants with improved catalytic activity.
1) residues 62-70 (including the second α helix from the N-terminus of the α-subunit) and / or 2) residues 219-236 (region near the active site, the fourth β of the TIM barrel) -Including the chain part followed by a loop of the α-subunit and a short helix).

宿主細胞における組み換えデヒドラターゼの発現
デヒドラターゼをコードする遺伝子の発現による3−HPおよび1,3−プロパンジオールの組み換え生成のための適切な宿主細胞は、原核生物または真核生物のどちらであっても良く、活性酵素を発現するそれらの能力によってのみ制限される。好ましい宿主は、典型的にシトロバクター(Citrobacter)、エンテロバクター(Enterobacter)、クロストリジウム(Clostridium)、クレブシエラ(Klebsiella)、アエロバクター(Aerobacter)、ラクトバシラス(Lactobacillu)、アスペルギルス(Aspergillus)、サッカロミセス(Saccharomyces)、分裂酵母(Schizosaccharomyces)、チゴサッカロミセス(Zygosaccharomyces)、ピチア(Pichia)、クリヴェロミセス(Kluyveromyces)、カンジダ(Candida)、ハンゼヌラ(Hansenula)、デバリオミセス(Debaryomyces)、ケカビ(Mucor)、トルロプシス(Torulopsis)、メチロバクター(Methylobacter)、エシェリキア(Escherichia)、サルモネラ(Salmonella)、バシラス(Bacillus)、ストレプトマイセス(Streptomyces)およびシュードモナス(Pseudomonas)などの3−HPまたは1,3−プロパンジオールの生成に有用なものである。本発明でより好ましいのは、大腸菌(Escherichia coli)、E.ブラタエ(E.blattae)、クレブシエラ(Klebsiella)、シトロバクター(Citrobacter)、およびアエロバクター(Aerobacter)である。
Recombinant Dehydratase Expression in Host Cells Suitable host cells for recombinant production of 3-HP and 1,3-propanediol by expression of a gene encoding dehydratase may be either prokaryotic or eukaryotic. Limited only by their ability to express active enzymes. Preferred hosts are typically Citrobacter, Enterobacter, Clostridium, Klebsiella, Aerobacter, Lactobacillus, Rospercyl, Aspergillus Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Kluyveromyces, Candida, Hansenula, Dvariemy D or), Toluropsis, Methylobacter, Escherichia, Salmonella, Bacillus, Streptomyces, and 3-Pseudomonas (P) or Pseudomonas (P) It is useful for producing diols. More preferred in the present invention is Escherichia coli, E. coli. These are E. blattae, Klebsiella, Citrobacter, and Aerobacter.

宿主細胞中に適切なデヒドラターゼをコードする遺伝子のクローニング、形質転換および発現に適したベクター、形質転換方法、および発現カセットは、当業者には良く知られている。適切なベクターは、宿主細胞として用いられる細菌と適合性のものである。したがって適切なベクターは、例えば細菌、ウイルス(例えばバクテリオファージT7またはM−13由来ファージなど)、コスミド、酵母または植物から誘導できる。このようなベクターを得て使用するプロトコルは、技術分野で知られている(サムブルック(Sambrook)ら、同上)。   Vectors suitable for cloning, transformation and expression of genes encoding suitable dehydratases in host cells, transformation methods, and expression cassettes are well known to those skilled in the art. Suitable vectors are compatible with the bacteria used as host cells. Accordingly, suitable vectors can be derived from, for example, bacteria, viruses (such as phages derived from bacteriophage T7 or M-13), cosmids, yeasts or plants. Protocols for obtaining and using such vectors are known in the art (Sambrook et al., Ibid).

典型的にベクターまたはカセットは、関連性のある遺伝子の転写および翻訳を導く配列、選択可能マーカー、および自律的複製または染色体組み込みができるようにする配列を含有する。適切なベクターは、転写イニシエーション制御を含む遺伝子の5’領域、および転写終結を制御するDNA断片の3’領域を含んでなる。双方の制御領域が、形質転換宿主細胞に相同的な遺伝子から誘導されることが最も好ましいが、このような制御領域は、必ずしも産生宿主として選択された特定種に固有の遺伝子から誘導されなくて良いものと理解される。   Vectors or cassettes typically contain sequences that direct the transcription and translation of the relevant gene, selectable markers, and sequences that allow for autonomous replication or chromosomal integration. A suitable vector comprises a 5 'region of a gene containing transcription initiation control and a 3' region of a DNA fragment that controls transcription termination. Most preferably, both control regions are derived from genes homologous to the transformed host cell, but such control regions are not necessarily derived from genes specific to the particular species selected as the production host. It is understood that it is good.

所望の宿主細胞中で本発明の当該遺伝子の発現を推進するのに有用なイニシエーション制御領域(またはプロモーター)は多数あり、当業者にはなじみが深い。CYC1、HIS3、GAL1、GAL10、ADH1、PGK、PHO5、GAPDH、ADC1、TRP1、URA3、LEU2、ENO、TPI(サッカロミセス(Saccharomyces)中での発現に有用)、AOX1(ピチア中での発現に有用)、およびlac、trp、λP、λP、T7、tac、およびtrc(大腸菌(E.coli)中での発現に有用)をはじめとするが、これに限定されるものではない、これらの遺伝子を推進できる実質的にあらゆるプロモーターが本発明のために適切である。 There are a number of initiation control regions (or promoters) useful for driving the expression of the gene of the invention in the desired host cell and are familiar to those skilled in the art. CYC1, HIS3, GAL1, GAL10, ADH1, PGK, PHO5, GAPDH, ADC1, TRP1, URA3, LEU2, ENO, TPI (useful for expression in Saccharomyces), AOX1 (useful for expression in Pichia) And these genes, including but not limited to lac, trp, λP L , λP R , T7, tac, and trc (useful for expression in E. coli) Virtually any promoter that can drive is suitable for the present invention.

終結制御領域はまた、好ましい宿主に固有の様々な遺伝子から誘導されても良い。場合により、終結部位は必要ないかもしれないが、含まれることが最も好ましい。   Termination control regions may also be derived from various genes that are specific to the preferred host. In some cases, a termination site may not be required, but is most preferably included.

ひとたび適切なカセットが構築されると、それらは適切な宿主細胞を形質転換するために使用される。変異株デヒドラターゼをコードする遺伝子を含有するカセットの宿主細胞内への導入は、形質転換(例えばカルシウム透過化処理細胞、電気穿孔法を使用する)によって、あるいは組換え型ファージウイルスを使用した形質移入などの既知の手順によって実行しても良い(サムブルック(Sambrook)ら、同上)。   Once suitable cassettes are constructed, they are used to transform suitable host cells. Introduction of a cassette containing a gene encoding a mutant dehydratase into a host cell can be accomplished by transformation (eg using calcium permeabilized cells, electroporation) or by transfection using a recombinant phage virus. (Sambrook et al., Ibid.).

発酵を通じた工業生産
本発明で使用するための発酵培養液は、適切な炭素基質を含有しなくてはならない。適切な基質は発酵科学の当業者に良く知られている。好ましい炭素基質は、グリセロール、ジヒドロキシアセトン、単糖類、オリゴ糖、多糖類、および一炭素基質である。より好ましいのは、糖(例えばグルコース、フルクトース、スクロース)および一炭素基質(例えばメタノールおよび二酸化炭素)である。最も好ましいのはグルコースである。
Industrial production through fermentation The fermentation broth for use in the present invention must contain a suitable carbon substrate. Suitable substrates are well known to those skilled in the fermentation sciences. Preferred carbon substrates are glycerol, dihydroxyacetone, monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides, and monocarbon substrates. More preferred are sugars (eg glucose, fructose, sucrose) and monocarbon substrates (eg methanol and carbon dioxide). Most preferred is glucose.

適切な炭素供給源に加えて、発酵培養液は、培養の生育と3−HPおよび1,3−プロパンジオール生成に必要な酵素的経路の促進に適した、当業者に知られている適切なミネラル、塩、補助因子、緩衝液、およびその他の構成要素を含有しなくてはならない。Co(II)塩および/またはビタミンB12またはそれらの前駆物質に特に注意が払われる。 In addition to a suitable carbon source, the fermentation broth is suitable as known to those skilled in the art, suitable for growth of the culture and promotion of the enzymatic pathways required for 3-HP and 1,3-propanediol production. It must contain minerals, salts, cofactors, buffers, and other components. Particular attention is paid to Co (II) salts and / or vitamin B 12 or their precursors.

典型的に細胞は、30℃において適切な培養液中で培養された。本発明の好ましい生育培養液は、ルリア−ベルターニ(Luria Bertani)(LB)ブロス、サブロー・デキストロース(Sabouraud Dextrose)(SD)ブロス、またはイースト・モルト抽出物(YM)ブロスなどの一般的な商業的に調製された培養液である。その他の特定または合成培養液を使用しても良く、特定微生物の生育に適した培養液は、微生物または発酵科学の当業者には既知である。   Typically the cells were cultured at 30 ° C. in a suitable culture medium. Preferred growth cultures of the present invention are common commercial media such as Luria Bertani (LB) broth, Sabouraud Dextrose (SD) broth, or yeast malt extract (YM) broth. The culture solution prepared in Other specific or synthetic culture media may be used, and suitable culture media for the growth of specific microorganisms are known to those skilled in the art of microorganisms or fermentation sciences.

バッチ、流加バッチ、または連続プロセスを使用して本発明を実施すること、およびあらゆる既知の発酵様式が適することが考察された(ブロック(Brock)ら、同上によって多様な方法が詳述されている)。さらに細胞を基材上にホールセル触媒として固定し、3−HPまたは1,3−プロパンジオール生産の発酵条件に曝すことが考察された。   It has been considered that the present invention is implemented using a batch, fed-batch or continuous process, and that any known fermentation mode is suitable (Block et al. ) Furthermore, it was considered that the cells were fixed on a substrate as a whole cell catalyst and exposed to fermentation conditions for producing 3-HP or 1,3-propanediol.

改善されたB12依存性デヒドラターゼ変異株は、使用する炭素基質とは無関係に、多様なプロセスにおいて3−HPおよび1,3−プロパンジオールの生成のために有用であることが期待される(米国特許第5686276号明細書、グリセロールから3−HPAへ)。当該株の組み換えは、参照によって本明細書に援用する米国特許出願第10/420587号明細書(デュポン(DuPont)2002)のプラスミドで述べられるデヒドラターゼからスワップアウトできる。 Improved B 12-dependent dehydratase mutants, regardless of the carbon substrate to be used, is expected to be useful for the production of 3-HP and 1,3-propanediol in a variety of processes (U.S. No. 5686276, glycerol to 3-HPA). Recombination of the strain can be swapped out from the dehydratase described in the plasmid of US patent application Ser. No. 10 / 420,587 (DuPont 2002), which is incorporated herein by reference.

以下の実施例で本発明をさらに明らかにする。これらの実施例は、本発明の好ましい実施態様を示しながら、例証のみのために提供されるものと理解される。上記考察およびこれらの実施例から、当業者は本発明の本質的特質を把握でき、その範囲と精神を逸脱することなく、本発明の様々な変化と修正を行って、様々な利用法および条件に適合させることができる。   The following examples further illustrate the present invention. It is understood that these examples are provided for illustration only, while illustrating preferred embodiments of the present invention. From the above discussion and these examples, those skilled in the art will be able to ascertain the essential characteristics of the present invention, and various changes and modifications of the present invention may be made without departing from the scope and spirit of the present invention. Can be adapted.

一般方法:
PCR増幅、エンド−およびエキソヌクレアーゼによるDNA修飾(DNAクローニングおよび連結のための所望の末端を生成するため)、および細菌形質転換のために必要とされる手順は、技術分野で良く知られている。ここでは標準分子クローニング技術が使用され、サムブルック(Sambrook)J.、フリッチュ(Fritsch)E.F.、およびマニアティス(Maniatis)T.、「分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)」、第二版、コールドスプリングハーバーラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory)、コールドスプリングハーバー(Cold Spring Harbor)、ニューヨーク(NY)、(1989)(以下マニアティス);シルハビー(Silhavy)T.J.、ベンナン(Bennan)M.L.およびエンクイスト(Enquist)L.W.、遺伝子融合実験(Experiments with Gene Fusions)、(コールドスプリングハーバーラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory):コールドスプリング(Cold Spring)、ニューヨーク(NY)、1984);およびオースベル(Ausubel)ら、分子生物学現代プロトコル(Current Protocols in Molecular Biology)(Greene Publishing and Wiley−Interscience;1987)で述べられている。
General method:
The procedures required for PCR amplification, DNA modification with endo- and exonucleases (to generate the desired ends for DNA cloning and ligation), and bacterial transformation are well known in the art. . Here, standard molecular cloning techniques are used, and Sambrook J. et al. Fritsch E .; F. , And Maniatis T. et al. "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York (NY), (1989). (Hereinafter referred to as maniatis); J. et al. Bennan, M .; L. And Enquist L. W. Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring, New York (NY), 1984), and Ausubel et al., Molecular Biology (Current Protocols in Molecular Biology) (Greene Publishing and Wiley-Interscience; 1987).

細菌培養の維持および生育に適した材料および方法は、技術分野で良く知られている。以下の実施例で使用するのに適した技術は、下に述べられる。
1.)「一般微生物学方法マニュアル(Manual of Methods for General Bacteriology)」、フィリップス・ゲアハルト(Phillipp Gerhardt)、R.G.E.マレー(R.G.E.Murray)、ラルフN.コスティロウ(Ralph N.Costilow)、ユージーンW.ネスター(Eugene W.Nester)、ウィリスA.ウッド(Willis A.Wood)、ノエルR.クリーグ(Noel R.Krieg)、およびG.ブリッグス・フィリップス(G.Briggs Phillips)編、米国微生物学会(American Society for Microbiology)、ワシントンDC(Washington,D.C.)(1994)または
2.)ブロック(Brock)T.D.著、バイオテクノロジー:工業的微生物学テキストブック(Biotechnology:A Textbook of Industrial Microbiology)、第二版、Sinauer Associates:マサチューセッツ州サンダーランド(Sunderland, MA)(1989)。
細菌細胞の生育および維持のために使用される全ての試薬、制限酵素および材料は、特に断りのない限り、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ・ケミカルズ(Aldrich Chemicals(Milwaukee、WI))、ミシガン州デトロイトのディフコ・ラボラトリーズ(DIFCO Laboratories(Detroit、MI))、メリーランド州ゲーサーズバーグのギブコ/BRL(GIBCO/BRL(Gaithersburg、MD))、ミズーリ州セントルイスのシグマケミカル(Sigma Chemical Company(St.Louis、MO))またはウィスコンシン州マディソンのプロメガ(Promega(Madison、WI))から得た。PCR反応は、特に断りのない限りカリフォルニア州フォスターシティのPEアプライド・バイオシステムズ(PE Applied Biosystems(Foster City、CA))からのAmplitaqまたはAmplitaq金酵素を使用して、GeneAMP PCRシステム9700上で実施した。サイクル条件および反応は、ここで特に断りのない限り、製造元の説明書に従って標準化した。
Materials and methods suitable for maintaining and growing bacterial cultures are well known in the art. Techniques suitable for use in the following examples are described below.
1. ) “Manual of Methods for General Bacteriology”, Phillip Gerhardt, R .; G. E. Murray (R.G.E. Murray), Ralph N. Ralph N. Costilou, Eugene W. Negene (Eugene W. Nester), Willis A. Wood (Willis A. Wood), Noel R. Noel R. Krieg, and G. Edited by G. Briggs Phillips, American Society for Microbiology, Washington DC (Washington, D.C.) (1994) or 2. ) Block T. D. Biotechnology: A Textbook of Industrial Microbiology, 2nd Edition, Sinauer Associates: Sunderland, Mass. (1989).
All reagents, restriction enzymes and materials used for bacterial cell growth and maintenance are unless otherwise noted, Aldrich Chemicals (Milwaukee, WI), Milwaukee, Wis., Difco, Detroit, Michigan. Laboratories (DIFCO Laboratories (Detroit, MI)), Gibco / BRL (Gibco / BRL (Gaithersburg, MD)), Gaithersburg, MD, Sigma Chemical Company (StMO, St. Louis, MO) ) Or Promega (Madison, Wis.). PCR reactions were performed on the GeneAMP PCR system 9700 using Amplitaq or Amplitaq gold enzymes from PE Applied Biosystems (Foster City, CA), Foster City, CA unless otherwise noted. . Cycle conditions and reactions were standardized according to the manufacturer's instructions unless otherwise noted herein.

DNA配列決定反応は、特に断りのない限り、インディアナ州インディアナポリスのロシュ・アプライド・サイエンス(Roche Applied Science(Indianapolis、IN))からのエキスパンド高忠実度PCRシステム(Expand High Fidelity PCR System)を使用して、PEアプライド・バイオシステムズ(PE Applied Biosystems)からのABI 377自動化シーケンサーまたはマサチューセッツ州ウォルサムのMJリサーチ(MJ Research(Waltham、MA))からのPTC−200 DNAエンジン上で実施した。同様に、データはメリーランド州ベセズダのインフォマックス(InforMax,Inc.(Bethesda、MD))からのベクターNTIプログラム、またはウィスコンシン州マディソンのDNAスター(DNASTAR Inc.(Madison、WI))からのDNAスタープログラムを使用して管理した。   Unless otherwise noted, the DNA sequencing reaction uses an Expand High Fidelity PCR System from Roche Applied Science (Indianapolis, IN), Indianapolis, IN. Performed on an ABI 377 automated sequencer from PE Applied Biosystems or a PTC-200 DNA engine from MJ Research, Waltham, Massachusetts (MJ Research, Waltham, Mass.). Similarly, data are from the Vector NTI program from Informax, Inc. (Bethesda, MD), Bethesda, Maryland, or the DNA star from DNAStar, Madison, Wisconsin (DNASTAR Inc. (Madison, WI)). Managed using the program.

略語の意味は次のとおり。「sec」は秒を意味し、「min」は分を意味し、「hr」は時間を意味し、「d」は日を意味し、「μL」はマイクロリットルを意味し、「mL」はミリリットルを意味し、「L」はリットルを意味し、「mm」はミリメートルを意味し、「μm」はマイクロメートルを意味し、「nm」はナノメートルを意味し、「mM」はミリモル(millimolar)を意味し、「μM」はマイクロモル(micromolar)を意味し、「nM」はナノモルを意味し、「M」はモル濃度を意味し、「mmol」はミリモル(millimole)を意味し、「μmol」はマイクロモル(micromole)を意味し、「ng」はナノグラムを意味し、「mg」はミリグラムを意味し、「g」はグラムを意味し、「kB」はキロベースを意味し、「mU」はミリ単位を意味し、「U」は単位を意味する。   The meanings of the abbreviations are as follows. “Sec” means seconds, “min” means minutes, “hr” means hours, “d” means days, “μL” means microliters, “mL” means Means milliliters, “L” means liters, “mm” means millimeters, “μm” means micrometers, “nm” means nanometers, “mM” means millimolar ), “ΜM” means micromolar, “nM” means nanomolar, “M” means molar concentration, “mmol” means millimole, “μmol” means micromole, “ng” means nanogram, “mg” means milligram, “g” means gram, “kB” means kilobase. And, "mU" means millimeter, "U" means a unit.

菌株、ベクターおよび培養条件
大腸菌(Escherichia coli)BL21(DE3)細胞を酵素過剰発現のために使用した(シュスターB.(Shuster,B.)およびレティJ.(Retey,J.)、FEBS Lett.349:252〜254(1994))。大腸菌(Escherichia coli)XL1−Blue細胞は、カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))から購入した。野生型大腸菌(Escherichia coli)5Kは、最初にコネティカット州ニューヘーブンのイェール大学大腸菌遺伝子ストックセンター(Coli Genetic Stock Center)(CGSC#4510;エール大学(Yale University)(コネティカット州ニューヘーブン(New Haven、CT)))から得て、ラムダDE3(5K(DE3))で溶原化した。ベクターpBluescript II SK+はストラタジーン(Stratagene)から購入した。
Strains, vectors and culture conditions Escherichia coli BL21 (DE3) cells were used for enzyme overexpression (Shuster, B. and Rety, J., FEBS Lett.). 349: 252-254 (1994)). Escherichia coli XL1-Blue cells were purchased from Stratagene, La Jolla, Calif. (Stratagene, La Jolla, Calif.). Wild-type Escherichia coli 5K was first found at the University of New Haven, Connecticut, E.coli Genetic Stock Center (CGSC # 4510; Yale University, New Haven, Conn.). ) And lysogenized with lambda DE3 (5K (DE3)). The vector pBluescript II SK + was purchased from Stratagene.

分子生物学的用途のための全てのキットは、特に断りのない限り製造元の説明書に従って使用した。   All kits for molecular biological applications were used according to manufacturer's instructions unless otherwise noted.

実施例1
「Xba−ライブラリー」の構築:GDHのα−、β−およびγ−サブユニットを標的とする無作為変異誘発
エラープローンPCR増幅を使用して、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)dhaB1、dhaB2、およびdhaB3遺伝子を標的とする無作為変異株ライブラリーを作り出した。ライブラリーの代表的な配列分析は、kBあたりほぼ4.2点の変異があることを実証し、酵素活性測定は、ライブラリー中の約15〜25%の変異株が活性であると判定した。
Example 1
Construction of an “Xba-library”: random mutagenesis targeting the α-, β-, and γ-subunits of GDH Using error-prone PCR amplification, Klebsiella pneumoniae dhaB1, dhaB2, and dhaB3 A random mutant library targeting the gene was created. Representative sequence analysis of the library demonstrated that there were approximately 4.2 mutations per kB, and enzyme activity measurements determined that approximately 15-25% of the mutants in the library were active. .

エラープローンPCR増幅
エンプタージェ(Emptage)ら(国際公開第01/12833号パンフレット)は、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)dhaB1、dhaB2、およびdhaB3遺伝子(配列番号1)を含んでなるプラスミドpDT2の構築について述べる。プラスミドpGD20は、GDH遺伝子の発現をT7プロモーターの制御下におくpBluescript II SK+(ストラタジーン(Stratagene))に、pDT2のHindIII/XbaI断片(dhaB1、dhaB2、およびdhaB3を含有する)を挿入して構築された。
Error-prone PCR amplification Emptage et al. (WO 01/12833) describe the construction of plasmid pDT2 comprising the Klebsiella pneumoniae dhaB1, dhaB2, and dhaB3 genes (SEQ ID NO: 1). Plasmid pGD20 is constructed by inserting the HindIII / XbaI fragment of dDT2 (containing dhaB1, dhaB2, and dhaB3) into pBluescript II SK + (Stratagene) that keeps the expression of the GDH gene under the control of the T7 promoter. It was.

GDHの3個の遺伝子全てを標的とする無作為に生成された変異株ライブラリーを作り出した。最初に以下のプライマーを使用して、エラープローンPCRによって、dhaB1(1668bp)、dhaB2(585bp)およびdhaB3(426bp)を含んでなる配列をpGD20から増幅した。DHA−F1(配列番号5)およびDHA−R1(配列番号6)。カリフォルニア州パロアルトのクロンテック(Clontech Laboratories,Inc.(Palo Alto、CA))からのクロンテック(Clontech)変異誘発キットを使用して、エラープローンPCRを実施した。反応混合物は以下から構成された。38μLのPCR等級水、5μLの10×アドバンタック・プラス(AdvanTaq Plus)緩衝液、2μLのMnSO(8mM)、1μLのdGTP(2mM)、1μLの50×ダイバーシファイdNTPミックス(Diversify dNTP Mix)、1μLプライマー混合物、1μLテンプレートDNA、および1μLのアドバンタック・プラス(AdvanTaq Plus)ポリメラーゼ。製造元の説明書に従って熱サイクル反応を実施した。2.7kBのPCR生成物をHind III/Xba Iで消化して、ライゲーションの準備をした。 A randomly generated mutant library was created that targeted all three GDH genes. First, a sequence comprising dhaB1 (1668 bp), dhaB2 (585 bp) and dhaB3 (426 bp) was amplified from pGD20 by error-prone PCR using the following primers: DHA-F1 (SEQ ID NO: 5) and DHA-R1 (SEQ ID NO: 6). Error-prone PCR was performed using a Clontech mutagenesis kit from Clontech Laboratories, Inc. (Palo Alto, Calif.), Palo Alto, California. The reaction mixture consisted of: 38 μL PCR grade water, 5 μL 10 × AdvanTaq Plus buffer, 2 μL MnSO 4 (8 mM), 1 μL dGTP (2 mM), 1 μL 50 × Diversified dNTP mix (Diversify dNTP Mix) 1 μL primer mix, 1 μL template DNA, and 1 μL AdvanTaq Plus polymerase. Thermal cycling reactions were performed according to manufacturer's instructions. The 2.7 kB PCR product was digested with Hind III / Xba I and prepared for ligation.

変異株ライブラリー構築
Hind IIIおよびXba I消化を使用してpGD20コンストラクトからGDHの3個の全遺伝子を含有する全挿入断片を除去できるが、挿入断片サイズはほぼ2.7kBであり、一方ベクターサイズは約2.9kBである。アガロースゲル上でのこれらの2つの断片の分離を容易にするために、Hind III、Xba IおよびPst Iを使用してpGD20を消化した。Pst Iはベクターを切断せず、代わりに挿入断片を3カ所のみで切断し、挿入断片から4個の小さな断片を生じる。したがって消化されたベクターは、アガロースゲル上でその他のDNA断片からの混入なしに、2.9kB周辺で移動する。次にHind III/Xba I/Pst I消化されたベクターとHind III/Xba I−消化されたエラープローンPCR生成物をライゲートする。エタノール沈殿後、ライゲーション混合物を形質転換する準備が整った。
Mutant Library Construction Hind III and Xba I digestion can be used to remove the entire insert containing all three genes of GDH from the pGD20 construct, while the insert size is approximately 2.7 kB, while the vector size Is about 2.9 kB. To facilitate the separation of these two fragments on an agarose gel, pGD20 was digested using Hind III, Xba I and Pst I. Pst I does not cut the vector, but instead cuts the insert at only three places, resulting in four small fragments from the insert. The digested vector therefore moves around 2.9 kB on an agarose gel without contamination from other DNA fragments. The Hind III / Xba I / Pst I digested vector and the Hind III / Xba I-digested error-prone PCR product are then ligated. After ethanol precipitation, the ligation mixture was ready for transformation.

ライゲーション混合物の形質転換
T7プロモーターが変異株ライブラリーのために使用されたので、ラムダDE3で溶原化された大腸菌(E.coli)細胞を変異酵素発現のための宿主細胞として使用した。具体的には、5K(DE3)大腸菌(E.coli)株を変異株ライブラリー構築のために使用した。最初に電気穿孔適格性の5K(DE3)細胞を次のようにして作成した。2L滅菌フラスコ内の500mLのLBブロスに、一晩培養した2.5mLの細胞を添加した。OD600が0.5〜0.8に達するまで、培養を振盪機上で37℃でインキュベートした。次に細胞を氷の上で10分間インキュベートし、続いて4℃で10分間遠心分離した。細胞を500mLの氷冷水で1回洗浄した後、細胞を1〜2mLの10%氷冷グリセロールに再懸濁した。滅菌エッペンドルフ管内にアリコート(50μL)を作成し、即座にドライアイス内で凍結した。コンピテントな細胞を−80℃で保存した。
Transformation of the ligation mixture Since the T7 promoter was used for the mutant library, E. coli cells lysogenized with lambda DE3 were used as host cells for mutant enzyme expression. Specifically, 5K (DE3) E. coli strain was used for construction of mutant library. Initially, electroporation-qualified 5K (DE3) cells were made as follows. To 500 mL LB broth in a 2 L sterile flask was added 2.5 mL cells cultured overnight. The culture was incubated at 37 ° C. on a shaker until the OD 600 reached 0.5-0.8. Cells were then incubated on ice for 10 minutes followed by centrifugation at 4 ° C. for 10 minutes. After the cells were washed once with 500 mL of ice cold water, the cells were resuspended in 1-2 mL of 10% ice cold glycerol. Aliquots (50 μL) were made in sterile Eppendorf tubes and immediately frozen in dry ice. Competent cells were stored at -80 ° C.

形質転換のために、1μLのライゲーション混合物を40μLのコンピテントな細胞に添加し、サンプルを0.1cmのギャップを残して電気穿孔キュベット内に移した。1.7kv/cmの電圧を電気穿孔のために使用した。アンピシリン存在下で細胞をLBプレート上にのせ、37℃で一晩インキュベートした。   For transformation, 1 μL of ligation mixture was added to 40 μL of competent cells and the sample was transferred into an electroporation cuvette leaving a 0.1 cm gap. A voltage of 1.7 kv / cm was used for electroporation. Cells were placed on LB plates in the presence of ampicillin and incubated overnight at 37 ° C.

「Xba」変異株ライブラリーのDNA配列分析
DNA配列決定分析のために、9個の変異株コロニーを無作為にピックアップした。配列決定後、生じた変異数、変異位置、および観察された特定タイプの変異を各変異株について分析した。分析からは、変異株中に全タイプの塩基置換が存在することが明らかになり、特定の変異タイプに対するバイアスの欠如が示唆された。さらに分析された9個の変異株クローン中にただ1個の欠失変異が観察され、塩基挿入変異は同定されなかった。これは変異株ライブラリー中の欠失および挿入の頻度が非常に低いことを示唆した。平均変異速度はkBあたり4.2点の変異であった。GDH活性測定は、ライブラリー中の約15〜25%の変異株が活性であることを示した。
DNA Sequence Analysis of “Xba” Mutant Library Nine mutant colonies were randomly picked for DNA sequencing analysis. After sequencing, the number of mutations that occurred, the mutation location, and the particular type of mutation observed were analyzed for each mutant. Analysis revealed that all types of base substitutions were present in the mutant strain, suggesting a lack of bias for specific mutation types. In addition, only one deletion mutation was observed in the 9 mutant clones analyzed, and no base insertion mutation was identified. This suggested that the frequency of deletions and insertions in the mutant library was very low. The average mutation rate was 4.2 points mutation per kB. GDH activity measurements showed that about 15-25% of the mutants in the library were active.

実施例2
「Sma−ライブラリー」の構築:GDHのα−サブユニットと、β−サブユニットの一部を標的とする無作為変異誘発
主に肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)dhaB1遺伝子を標的とする第2の無作為変異株ライブラリーを作成した。ライブラリーの代表的な配列分析は、kBあたりほぼ4.5点の変異があることを実証した。酵素活性測定は、ライブラリー中の約15〜25%の変異株が活性であると判定した。
Example 2
Construction of “Sma-library”: Random mutagenesis targeting the α-subunit of GDH and part of the β-subunit. A random mutant library was created. Representative sequence analysis of the library demonstrated that there are approximately 4.5 mutations per kB. Enzyme activity measurement determined that about 15-25% of the mutants in the library were active.

エラープローンPCR増幅および変異株ライブラリー構築
以下のプライマーを使用し、pGD20をテンプレートとして使用したエラープローンPCRによって、dhaB1遺伝子全体およびdhaB2遺伝子のほぼ200bpの部分を増幅した。DHA−F1(配列番号5)およびDHA−R2(配列番号7)。実施例1で述べたようにして、クロンテック(Clontech)変異誘発キットを使用してエラープローンPCR反応を実施した。次に1.9kBのPCR生成物をHind IIIおよびSma Iで消化した。
Error-prone PCR amplification and mutant library construction Using the following primers, the entire dhaB1 gene and an approximately 200 bp portion of the dhaB2 gene were amplified by error-prone PCR using pGD20 as a template. DHA-F1 (SEQ ID NO: 5) and DHA-R2 (SEQ ID NO: 7). Error-prone PCR reactions were performed using the Clontech mutagenesis kit as described in Example 1. The 1.9 kB PCR product was then digested with Hind III and Sma I.

ベクターを調製するために、pGD20プラスミドをHind IIIおよびSma Iで消化して(野生型dhaB1遺伝子と、dhaB2遺伝子の一部を除去して)、次にアガロースゲルから精製した。Hind III/Sma I−消化されたエラープローンPCR生成物とHind III/Sma I−消化したpGD20ベクターをライゲートした。実施例1で変異株ライブラリーの作成について述べたのと同様にして、ライゲーション混合物を電気穿孔によって大腸菌(E.coli)5K(DE3)中に形質転換した。   To prepare the vector, the pGD20 plasmid was digested with Hind III and Sma I (removing the wild type dhaB1 gene and part of the dhaB2 gene) and then purified from an agarose gel. The Hind III / Sma I-digested error-prone PCR product and the Hind III / Sma I-digested pGD20 vector were ligated. The ligation mixture was transformed into E. coli 5K (DE3) by electroporation in the same manner as described in Example 1 for creating a mutant library.

「Sma」変異株ライブラリーのDNA配列分析
10個の変異株コロニーをDNA配列決定分析のために無作為にピックアップし、ライブラリーの完全性を調べた。各変異株を生じた変異数、変異位置、および観察された特定タイプの変異について判定した。これらの結果に基づいて、Sma−ライブラリー中の平均変異速度は、kBあたり4.5点変異と判定された。あらゆる特定の変異タイプについての明らかなバイアスはなく、変異株ライブラリー中の欠失および挿入の頻度は非常に低かった。酵素測定は、ライブラリー中の約15〜25%の変異株が活性であることを明らかにした。
DNA Sequence Analysis of “Sma” Mutant Library Ten mutant colonies were randomly picked for DNA sequencing analysis and examined for library integrity. The number of mutations that produced each mutant, the mutation location, and the specific type of mutation observed were determined. Based on these results, the average mutation rate in the Sma-library was determined to be 4.5 point mutations per kB. There was no obvious bias for any particular mutation type, and the frequency of deletions and insertions in the mutant library was very low. Enzyme measurements revealed that approximately 15-25% of the mutants in the library were active.

実施例3
GDHのα−サブユニットのアミノ酸番号141〜152(「PpuMI−ライブラリー」)、219〜226(「4BR1−ライブラリー」)および330〜342(「RsrII−ライブラリー」)を標的にした領域的無作為変異誘発
GDHの結晶構造(リャオ(Liao)ら、J.Inorganic Biochem.、93(1−2):84〜91(2003);ヤマニシ(Yamanishi)ら、Eur.J.Biochem.269:4484〜4494(2002))に基づいて、GDHのα−サブユニットの以下の領域を領域性無作為変異誘発の標的とした。1)アミノ酸番号141〜152、2)アミノ酸番号219〜226、および3)アミノ酸番号330〜342。これらの各領域は長さがかなり短いので、オリゴ−誘導変異誘発アプローチを使用してこれらの3個の変異株ライブラリーを制作した。これは変異させる各領域の上流または下流のユニークな制限部位に対応するサイレント変異を最初に作り出して、クローニングを容易にする多段階プロセスを伴う。このようにして変性オリゴヌクレオチドプライマーを調製して、PCR反応において使用しα−サブユニットの標的領域で変異誘発した。次にこれらの変異誘発されたPCR断片を大腸菌(E.coli)中にクローン化して、「PpuMI−ライブラリー」、「4BR1−ライブラリー」、および「RsrII−ライブラリー」を作り出した。
Example 3
Regional targeting amino acids 141-152 (“PpuMI-library”), 219-226 (“4BR1-library”) and 330-342 (“RsrII-library”) of the α-subunit of GDH Random mutagenesis Crystal structure of GDH (Liao et al., J. Inorganic Biochem., 93 (1-2): 84-91 (2003); Yamanishi et al., Eur. J. Biochem. 269: 4484 -4494 (2002)), the following regions of the α-subunit of GDH were targeted for regional random mutagenesis. 1) amino acid numbers 141-152, 2) amino acid numbers 219-226, and 3) amino acid numbers 330-342. Since each of these regions is rather short in length, an oligo-induced mutagenesis approach was used to create these three mutant libraries. This involves a multi-step process that first creates silent mutations corresponding to unique restriction sites upstream or downstream of each region to be mutated to facilitate cloning. Denatured oligonucleotide primers were prepared in this way and used in PCR reactions to mutagenize at the target region of the α-subunit. These mutagenized PCR fragments were then cloned into E. coli to create a “PpuMI-library”, “4BR1-library”, and “RsrII-library”.

pGD20中へのサイレント変異の導入
プラスミドpGD20中にユニークな制限部位を作成するために、各標的領域の上流または下流に1個のサイレント変異を生成した。各領域で点変異を作成するために、以下のプライマー対を使用した。各プライマー中の太字の大文字で示すヌクレオチドは、特定の変異が導入される位置を示す。
Introducing Silent Mutations into pGD20 To create a unique restriction site in plasmid pGD20, one silent mutation was generated upstream or downstream of each target region. The following primer pairs were used to create point mutations in each region. Nucleotides shown in bold capital letters in each primer indicate the position at which a particular mutation is introduced.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、製造元の説明書に従って変異誘発実験を実施した。変異誘発に続いて、各変異株クローンからプラスミドを精製した。制限酵素消化と、それに続く直接的DNA配列分析から点変異を確認した。   Perform mutagenesis experiments using Stratagene quick-change (QuikChange) site-induced mutagenesis kits from Stratagene (La Jolla, CA), La Jolla, California, according to manufacturer's instructions did. Following mutagenesis, plasmids were purified from each mutant clone. Point mutations were confirmed by restriction enzyme digestion followed by direct DNA sequence analysis.

オリゴ−誘導変異誘発
領域性無作為変異株ライブラリーを製造するために、3個の変性オリゴヌクレオチドを合成した(下に示すpGD20RM−F3、TB4B−R1、およびpGD20RM−R4)。大文字で示すヌクレオチドのためのオリゴヌクレオチド合成のために、標準条件を使用した。対照的に太字の小文字で示すヌクレオチドは、合成中に各プライマーの下に示す変性ヌクレオチド混合物を使用した。したがって1〜2点変異は、プライマーの各「変性領域」をもたらすことが予測された。
Oligo-induced mutagenesis Three modified oligonucleotides were synthesized (pGD20RM-F3, TB4B-R1, and pGD20RM-R4 shown below) to produce a regional random mutant library. Standard conditions were used for oligonucleotide synthesis for nucleotides shown in capital letters. In contrast, nucleotides shown in bold lowercase used the degenerate nucleotide mixture shown below each primer during synthesis. Thus, it was predicted that a 1-2 point mutation would result in each “denaturing region” of the primer.

pGD20RM−F3(a.a.141〜a.a.152領域のため−「PpuMIライブラリー」):
5’−GCC CGC AGG ACC CCC TCC aac cag tgc cac gtc acc aat ctc aaa gat aat ccg GTG CAG ATT−3’(配列番号15)
a=2%G、2%C、および2%Tと混合される94%A、
g=2%A、2%C、および2%Tと混合される94%G、
c=2%G、2%A、および2%Tと混合される94%C、
t=2%G、2%C、および2%Aと混合される94%T。
pGD20RM-F3 (for the aa 141 to aa 152 region— “PpuMI library”):
5′-GCC CGC AGG ACC CCC TCC aac cag tgc cac gtc acc aat ctc aaa gat aat ccg GTG CAG ATT-3 ′ (SEQ ID NO: 15)
94% A mixed with a = 2% G, 2% C, and 2% T,
94% G mixed with g = 2% A, 2% C, and 2% T,
94% C mixed with c = 2% G, 2% A, and 2% T,
t = 2 94% T mixed with 2% G, 2% C, and 2% A.

TB4B−R1(a.a.219〜a.a.226領域のため−「4BR1ライブラリー」):
5’−GCG TGG GTT AAC cag cta cgc cga gac ggt gtc ggt cta cGG CAC CGA AGC GGT ATT TAC C−3’(配列番号16)
a=2%G、2%C、および2%Tと混合される94%A、
g=2%A、2%C、および2%Tと混合される94%G、
c=2%A、2%T、および2%Gと混合される94%C、
t=2%A、2%G、および2%Cと混合される94%T。
TB4B-R1 (for region aa 219 to aa 226— “4BR1 library”):
5′-GCG TGG GTT AAC cag cta cgc cga gac ggt gtc ggt cta cGG CAC CGA AGC GGT ATT TAC C-3 ′ (SEQ ID NO: 16)
94% A mixed with a = 2% G, 2% C, and 2% T,
94% G mixed with g = 2% A, 2% C, and 2% T,
c = 2 4% A, 2% T, and 94% C mixed with 2% G,
t = 2 94% T mixed with 2% A, 2% G, and 2% C.

pGD20RM−R4(a.a.330〜a.a.342領域のため−「RsrIIライブラリー」):
5’−GGT GCG CGC GGT GCG GCG AAT ATC cga gtg gga gaa agt ctg gtc gtt ggc gga cgc cac ttc GAG GTC GAG−3’(配列番号17)
a=1.66%G、1.66%C、および1.66%Tと混合される95%A、
g=1.66%A、1.66%C、および1.66%Tと混合される95%G、
c=1.66%G、1.66%A、および1.66%Tと混合される95%C、
t=1.66%G、1.66%C、および1.66%Aと混合される95%T。
pGD20RM-R4 (for aa 330 to aa 342 region-"RsrII library"):
5′-GGT GCG CGC GGT GCG GCG AAT ATC cga gtg gga gaga agt ctg gtt gtt ggg gga cgc cac tttc GAG GTC GAG-3 ′
95% A mixed with a = 1.66% G, 1.66% C, and 1.66% T;
95% G mixed with g = 1.66% A, 1.66% C, and 1.66% T;
c = 1.66% G, 1.66% A, and 95% C mixed with 1.66% T;
t = 1 95% T mixed with 1.66% G, 1.66% C, and 1.66% A.

次に高忠実度PCR反応を実施し、以下のプライマー対を使用して変異原性PCR断片を生成する。
●PpuMI−ライブラリー:pGD20RM−F3およびDHA−R2(配列番号15および7)、
●4BR−1ライブラリー:TB4B−R1およびGD−C(配列番号16および14)、
●RsrII−ライブラリー:DHA−F1およびpGD20RM−R4(配列番号5および17)。
A high fidelity PCR reaction is then performed and mutagenic PCR fragments are generated using the following primer pairs:
PpuMI-library: pGD20RM-F3 and DHA-R2 (SEQ ID NOs: 15 and 7),
4BR-1 library: TB4B-R1 and GD-C (SEQ ID NOs: 16 and 14),
RsrII-library: DHA-F1 and pGD20RM-R4 (SEQ ID NO: 5 and 17).

PCR断片をアガロースゲルから精製し、次にPpuM I/Xba I(PpuMI−ライブラリーのため)、Hpa I/Xba I(4BR−1ライブラリーのため)、およびHind III/Rsr II(RsrII−ライブラリーのため)でそれぞれ消化した。   PCR fragments were purified from agarose gels and then PpuM I / Xba I (for PpuMI-library), Hpa I / Xba I (for 4BR-1 library), and Hind III / Rsr II (RsrII-live) Digested for each rally).

変異株ライブラリー構築
(部位−誘導変異誘発によって、PpuM I、Hpa IまたはRsr IIのユニークな制限酵素消化部位が導入されている)変異pGD20コンストラクトをPpuM I/Xba I、Hpa I/Xba IまたはHind III/Rsr IIでそれぞれ消化した。直線化ベクターをアガロースゲルから精製し、次に制限酵素−消化したPCR生成物にライゲートした。実施例1で述べたようにして、ライゲーション混合物を大腸菌(E.coli)株5K(DE3)中に電気穿孔し、変異株ライブラリーを調製した。
Mutant library construction. Mutant pGD20 construct (in which a unique restriction enzyme digestion site of PpuM I, Hpa I or Rsr II is introduced by site-induced mutagenesis) Digested with Hind III / Rsr II, respectively. The linearized vector was purified from an agarose gel and then ligated to the restriction enzyme-digested PCR product. The ligation mixture was electroporated into E. coli strain 5K (DE3) as described in Example 1 to prepare a mutant library.

領域性ライブラリーのための配列決定分析
各領域性ライブラリーからのDNA配列決定分析のために、9〜10個の変異株コロニーを無作為にピックアップした。PpuMI−ライブラリーでは、変異株あたりの平均変異速度は2.8個の変異(n=9)であった。4BR1−ライブラリー(n=8)では、変異株あたりの平均変異速度は2.0個の変異であった。最後にRsr IIライブラリー(n=10)からの配列決定データからは、変異株あたり2.2個の変異の平均変異速度が明らかになった。3個のライブラリーのいずれにおいても、挿入または欠失のいずれも観察されなかった。全てのタイプの塩基置換が検出されたが、あらゆる特定の変異タイプに対するバイアスの欠如が示唆された。
Sequencing analysis for regional libraries 9-10 mutant colonies were randomly picked for DNA sequencing analysis from each regional library. In the PpuMI-library, the average mutation rate per mutant was 2.8 mutations (n = 9). In the 4BR1-library (n = 8), the average mutation rate per mutant was 2.0 mutations. Finally, sequencing data from the Rsr II library (n = 10) revealed an average mutation rate of 2.2 mutations per mutant. No insertions or deletions were observed in any of the three libraries. All types of base substitutions were detected, suggesting a lack of bias for any particular mutation type.

実施例4
スクリーニング・アッセイ開発
12補酵素および基質(グリセロール)の添加によって、B12依存性デヒドラターゼ反応が手動で「開始」できるスクリーニング・アッセイを開発した。比色分析アルデヒドアッセイによって、デヒドラターゼ反応生成物3−HPを検出する。このアッセイを使用して、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下での典型的なB12依存性デヒドラターゼ反応の経時変化に関わる予備的な分析により、反応初期速度v、および観察された酵素不活性化速度k観察された不活性を推定する迅速な理論的技術の開発が可能になった。
Example 4
Screening assay development A screening assay was developed that allows the B 12- dependent dehydratase reaction to be “initiated” manually by the addition of B 12 coenzyme and substrate (glycerol). The dehydratase reaction product 3-HP is detected by a colorimetric aldehyde assay. Using this assay, the preliminary analysis related to aging of a typical B 12-dependent dehydratase reaction in the presence of glycerol and 1,3-propanediol, the initial reaction velocity v, and were observed enzyme not The rate of activation k allows the development of a rapid theoretical technique to estimate the observed inactivity .

スクリーニング・アッセイ原理
酵素の補助因子である補酵素B12の供給源を有さなければ、野生型B12依存性デヒドラターゼまたは変異株B12依存性デヒドラターゼのどちらかを発現する培養は、アポ−B12依存性デヒドラターゼを生成する。対照的にホロ酵素は、トルエン−および洗剤−透過化処理されたホールセルに補酵素が添加されれば自然発生的に形成する。したがってこのような細胞に補酵素と基質を添加することで、B12依存性デヒドラターゼ反応を「開始する」ことが可能である。反応生成物である3−HPは、試薬3−メチル−2−ベンゾチアゾリノン(MBTH)および酸化剤である塩化第二鉄を使用して、比色分析アルデヒドアッセイにより検出できる(ズーレック(Zurek)G.、およびカルスト(Karst)U.、Analytica Chimica Acta、351:247〜257(1997))。
If no source of coenzyme B 12 is a cofactor of the screening assays principle enzyme, it is cultured to express either wild-type B 12-dependent dehydratase or mutant B 12-dependent dehydratase, apo -B 12- dependent dehydratase is produced. In contrast, holoenzymes spontaneously form when coenzymes are added to toluene- and detergent-permeabilized whole cells. Therefore, it is possible to “initiate” the B 12- dependent dehydratase reaction by adding coenzymes and substrates to such cells. The reaction product 3-HP can be detected by a colorimetric aldehyde assay using the reagent 3-methyl-2-benzothiazolinone (MBTH) and the oxidizing agent ferric chloride (Zurek). ) G., and Karst U., Analytica Chimica Acta, 351: 247-257 (1997)).

(1,3−プロパンジオール有りまたは無しで)典型的なGDH反応の経時変化を調べる予備的アッセイ
野生型GDHを生成する細胞を、15%レノックス・ブロス(メリーランド州ゲーサーズバーグのギブコ−BRL(Gibco−BRL(Rockville、MD))からの15容積のレノックス・ブロスを85容積の0.5%NaClで希釈し、続いて滅菌して作成した)中で、ニュージャージー州ニュー・ブランズウィックのニュー・ブランズウィック・サイエンティフィック(New Brunswick Scientific(New Brunswick、NJ))からのイノヴァ(Innova)4300恒温器内で振盪(250rpm)して、37℃で一晩生育させた。細胞を次のようにして透過化処理した。培養(0.3mL)のアリコートをカリフォルニア州フラートンのベックマン−コールター(Beckman−Coulter(Fullerton、CA))からのポリプロピレン深型ウェルプレートの方形ウェル内に分配し、2.5%(v/v)のトリトン(Triton)X−100洗浄剤を含有する10μLのトルエンを各ウェルに入れた。次にプレートをドイツ国シュタウフェンのIKA−ヴェルク(IKA−Werke Gmbh.(Staufen、Germany))からのIKA MTS4振盪機上で10分間、最大速度で振盪した。補酵素B12を保護するため赤色光の下で作業して、5容積の基質溶液を1容積の透過化処理した細胞懸濁液に添加して反応を開始した。基質溶液は、0.1MのK−Hepes(pH8)中に、12mMのグリセロールおよび24μMの補酵素B12を含有した。定刻のインターバルに、反応の12.5μlのアリコートを12.5μlの0.4Mグリシン−HCl(pH2.7)中の3mg/mL MBTHを含有する96−ウェルプレートのウェルに入れた。標本採取の少なくとも20分後に、125μLの10mM HCl中の5.5mM FeClをMBTH−含有サンプルのそれぞれに添加した。さらに20分以上してから、カリフォルニア州サニーベールのモレキュラー・デバイシス(Molecular Devices(Sunnyvale、CA))からのスペクトラマックス(Spectramax)160プレートリーダーを使用して、GDH活性に伴う青色を670nmでの吸光度として定量化した。基質溶液を50mMの1,3−プロパンジオールで補って、同様の実験を行った。
Preliminary assay to investigate time course of typical GDH response (with or without 1,3-propanediol) Cells producing wild type GDH were treated with 15% Lennox Bros (Gibco-BRL, Gaithersburg, MD). (Prepared by diluting 15 volumes of Lennox broth from Gibco-BRL (Rockville, MD) with 85 volumes of 0.5% NaCl followed by sterilization) in New Brunswick, NJ Shake (250 rpm) in an Innova 4300 incubator from Brunswick Scientific (New Brunswick Scientific, NJ) and grow overnight at 37 ° C. Cells were permeabilized as follows. Aliquots of culture (0.3 mL) were dispensed into square wells of polypropylene deep well plates from Beckman-Coulter (Fullerton, Calif.), Fullerton, Calif., 2.5% (v / v) 10 μL of toluene containing a Triton X-100 detergent was placed in each well. The plates were then shaken at maximum speed for 10 minutes on an IKA MTS4 shaker from IKA-Werke GmbH (Staufen, Germany), Staufen, Germany. Working under red light to protect the coenzyme B 12, the reaction was initiated by addition of substrate solution 5 volume permeabilized cell suspension 1 volume. The substrate solution contained 12 mM glycerol and 24 μM coenzyme B 12 in 0.1 M K-Hepes (pH 8). At regular intervals, a 12.5 μl aliquot of the reaction was placed in a well of a 96-well plate containing 3 mg / mL MBTH in 12.5 μl 0.4 M glycine-HCl (pH 2.7). At least 20 minutes after sampling, 125 μL of 5.5 mM FeCl 3 in 10 mM HCl was added to each of the MBTH-containing samples. After an additional 20 minutes or more, the blue color associated with GDH activity is measured at 670 nm using a Spectramax 160 plate reader from Molecular Devices (Sunnyvale, Calif.), Sunnyvale, Calif. As quantified. A similar experiment was performed with the substrate solution supplemented with 50 mM 1,3-propanediol.

アッセイ結果の理論的な分析
図1で示されるように経時変化反応からのデータを時間−対−OD670でプロットした。具体的には、図1上方の曲線が、基質とした10mMのグリセロール(K約0.5mM)とのGDH(室温、0.1M K−HEPES中、pH8)の反応の経時変化を示す。時間と共に不活性化が起きるので、生成物形成速度は迅速に低下する。3個のパラメーターを以下の式に当てはめて、点を通過する理論的曲線が描かれる。
y=T+amp(1−exp(−k観察された不活性 時間))
これらのパラメーターは、
1.)バックグラウンド(アッセイのt=0(T))値)、
2.)アッセイ中に生じる制限総吸光度の振幅値(amp)、および
3.)曲率を制御する一次不活性化速度定数(k観察された不活性)である。
フィッティングパラメーターは次のように反応の速度特性に関連する。振幅は観察された酵素不活性化速度(k観察された不活性)によって除された反応初期速度(v)に等しい。初期速度は[GDH][gly]kcat/(K+[gly])である。アッセイバックグラウンドを差し引くと、さらなる分析は以下を明らかにする。
1.反応中に採取された、vの推定のための初期点(T1)、および振幅のための末期点(T2)の2個のサンプルのみからvおよびk観察された不活性の双方が推定でき、
2.1/k観察された不活性はT2/T1として推定できる。
Theoretical analysis of assay results The data from the time course response was plotted as time-versus-OD 670 as shown in FIG. Specifically, shown Figure 1 is above the curve, GDH with 10mM glycerol was used as a substrate (K m about 0.5 mM) (room temperature, in 0.1M K-HEPES, pH8) the time course of reaction. As inactivation occurs over time, the rate of product formation decreases rapidly. The theoretical curve passing through the points is drawn by applying the three parameters to the following equation:
y = T 0 + amp (1-exp (−k observed inactivity * time))
These parameters are
1. ) Background (assay t = 0 (T 0 ) value),
2. 2.) Amplitude value (amp) of the limited total absorbance that occurs during the assay, and ) First-order inactivation rate constant (k observed inactivity) that controls curvature.
The fitting parameters are related to the rate characteristics of the reaction as follows. The amplitude is equal to the initial reaction rate (v) divided by the observed enzyme inactivation rate (k observed inactivity ). The initial speed is [GDH] [gly] k cat / (K m + [gly]). Subtracting the assay background, further analysis reveals:
1. Both the v and k observed inactivity can be estimated from only two samples taken during the reaction, the initial point for estimation of v (T1) and the end point for amplitude (T2),
2.1 / k The observed inactivity can be estimated as T2 / T1.

図1下方の曲線は、50mMの1,3−プロパンジオール(K約15mM)をアッセイに含めることの影響を示す。反応初期速度は約20%だけ低下したが、不活性化は約3時間早かった。これは、競合的阻害が比較的小さいが、酵素−1,3−プロパンジオール複合体の不活性化の速度定数(k不活性1,3−プロパンジオール)が、酵素−グリセロール複合体のそれ(k不活性グリセロール)を超えるためである。 The lower curve in FIG. 1 shows the effect of including 50 mM 1,3-propanediol (K i ˜15 mM) in the assay. The initial reaction rate decreased by about 20%, but inactivation was about 3 hours faster. This is because the competitive inhibition is relatively small, but the inactivation rate constant of the enzyme-1,3-propanediol complex (k -inactive 1,3-propanediol ) is that of the enzyme-glycerol complex ( k inactive glycerol ).

双方の不活性化プロセスを組み込んだ速度スキームを下に示す。   A rate scheme incorporating both deactivation processes is shown below.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

実施例5
二点ハイスループット・スクリーニング・アッセイ
実施例4で述べた方法論に基づいて、ハイスループット・スクリーニング・アッセイ・プロトコルを使用して、実施例1、2、および3で調製した変異株コロニーを調べた。このアッセイでは、アッセイ中に2つの時点で特にGDH反応生成物を測定した。T1はTの30秒後に測定し、T2はTの40分後に測定した。
Example 5
Two-point high throughput screening assay Based on the methodology described in Example 4, the mutant colonies prepared in Examples 1, 2, and 3 were examined using a high throughput screening assay protocol. This assay specifically measured GDH reaction products at two time points during the assay. T1 was measured in 30 seconds after T 0, T2 were measured after 40 minutes of T 0.

0.15mL/ウェルで15%レノックス・ブロスを含有する標準96−ウェルマイクロタイタープレートの94個のウェル内に、プレート培養したライブラリーからのコロニーをピックアップして入れた。残る2個のウェルには、野生型GDHを生成する細胞を接種し、細胞を静止恒温器内で4〜6時間37℃で培養した。代案としては、ピックアップした細胞をスクリーニング前に−80℃で保存することが望ましい場合、保存する前に、グリセロール(10%v/v)を含む培地およびピックアップした細胞を一晩培養した。スクリーニング前に、カリフォルニア州サンディエゴのV&Pサイエンティフィック(V&P Scientific(San Diego、CA))からの96−ピン接種器によって、あらかじめ凍結した細胞をグリセロールなしで15%レノックス・ブロスを含有する新鮮な96−ウェルプレートに移し、6〜16時間37℃で振盪せずに培養した。   Colonies from the plate-cultured library were picked into 94 wells of a standard 96-well microtiter plate containing 15% Lennox broth at 0.15 mL / well. The remaining two wells were inoculated with cells producing wild type GDH and the cells were cultured in a static incubator for 4-6 hours at 37 ° C. As an alternative, if it was desired to store the picked up cells at −80 ° C. prior to screening, the medium containing glycerol (10% v / v) and the picked up cells were cultured overnight prior to storage. Prior to screening, pre-frozen cells in 96-pin inoculators from V & P Scientific (San Diego, Calif.), San Diego, Calif. Were used to obtain fresh 96 containing 15% Lennox broth without glycerol. -Transfer to a well plate and incubate without shaking at 37 ° C for 6-16 hours.

GDH変異株スクリーニングでは、細胞培養プロトコルは次のとおりであった。カリフォルニア州フラートンのベックマン−コールター(Beckman−Coulter(Fullerton、CA))からのポリプロピレン深型ウェル96−プレートのウェル内に、15%レノックス・ブロス培地を分配した(0.3mL/ウェル)。96ピン−長ピン接種機(V&Pサイエンティフィック(V&P Scientific))を使用して、浅型96−ウェルプレートから深型ウェルへ細胞を接種して、ミネソタ州セントポールの3Mヘルスケア(3M Health Care(St.Paul、MN))からの3インチ幅のミクロポア外科手術用テープによってプレートを覆った。アッセイが完了するまで浅型96−ウェルプレートを4℃で保存し、潜在的に改善されたと同定される系統をさらに調べるために、生細胞の供給源としてそれらを使用した。深型ウェルプレート中の細胞は、37℃で一晩(250rpm)振盪しながら培養した。ニュージャージー州ニュー・ブランズウィックのニュー・ブランズウィック・サイエンティフィック(New Brunswick Scientific(New Brunswick、NJ))からのイノヴァ(Innova)4300恒温器内の空気は、プラスチックトレー内の湿ったスポンジによって加湿した。   For GDH mutant screening, the cell culture protocol was as follows. 15% Lennox broth medium was dispensed (0.3 mL / well) into the wells of a polypropylene deep well 96-plate from Beckman-Coulter (Fullerton, Calif.), Fullerton, California. Using a 96 pin-long pin inoculator (V & P Scientific), cells were inoculated from shallow 96-well plates into deep wells to provide 3M Healthcare (3M Health, St. Paul, Minn.). The plate was covered with 3 inch wide micropore surgical tape from Care (St. Paul, MN). Shallow 96-well plates were stored at 4 ° C. until the assay was completed, and they were used as a source of live cells to further investigate lines identified as potentially improved. Cells in deep well plates were cultured overnight at 37 ° C. with shaking (250 rpm). The air in the Innova 4300 incubator from New Brunswick Scientific (New Brunswick, NJ) was humidified by a wet sponge in a plastic tray.

2.5%(v/v)のトリトン(Triton)X−100洗浄剤を含有する10μLのトルエンを各ウェルに添加して、96−ウェルプレート内で細胞を透過化処理した。次にプレートをドイツ国シュタウフェンのIKA−ヴェルク(IKA−Werke Gmbh.(Staufen、Germany))からのIKA MTS4振盪機上で10分間、最大速度で振盪した。赤色プラスチックフィルムで覆って白色室内光から基質混合物を保護した、ペンシルベニア州フィラデルフィアのローム・アンド・ハース(Rohm&Haas(Philadelphia、PA))からのプレキシグラス(Plexiglas)(登録商標)閉鎖容器内にあるバイオメック(Biomek)2000ロボット(ベックマン−コールター(Beckman−Coulter)を使用して、アリコート(8μL)の透過化処理された細胞を96−ウェル反応プレートに移した。0.1Mカリウム−HEPES緩衝液中(pH8)に24μM補酵素B12、12mMグリセロール、および50mM 1,3−プロパンジオールを含有する40μLの基質混合物(赤色光の下で調製されて、必要になるまでホイルを巻いた容器内に−20℃で保存)をロボットによって細胞に添加して、室温での反応を開始した。基質添加の30秒後、12.5μLの反応のアリコート(T1サンプル)を0.4Mグリシン−HCl(pH2.7)中の12.5μL 3−メチル−2−ベンゾチアゾリノン(MBTH)をウェルが含有する第2のプレートに移した。基質添加のほぼ40分後、MBTHを含有する第3のプレートに、同様の反応のアリコート(T2サンプル)を移した。この移動の少なくとも20分後、125μLの10mM HCl中の5.5mM FeCl溶液を第2および第3のプレート(MBTHを含有する)の各ウェルに添加した。さらに20〜60分後、カリフォルニア州サニーベールのモレキュラー・デバイシス(Molecular Devices(Sunnyvale、CA))からのスペクトラマックス(Spectramax)160プレートリーダーを使用して、GDH活性に伴う青色を670nmでの吸光度として定量化した。 Cells were permeabilized in 96-well plates by adding 10 μL of toluene containing 2.5% (v / v) Triton X-100 detergent to each well. The plates were then shaken at maximum speed for 10 minutes on an IKA MTS4 shaker from IKA-Werke GmbH (Staufen, Germany), Staufen, Germany. Bio in a Plexiglas® enclosure from Rohm & Haas (Philadelphia, PA) covered with a red plastic film to protect the substrate mixture from white room light Using a Biomek 2000 robot (Beckman-Coulter), aliquots (8 μL) of permeabilized cells were transferred to 96-well reaction plates in 0.1 M potassium-HEPES buffer. 24μM coenzyme B 12 in (pH 8), 12 mM glycerol, and substrate mixture of 40μL containing 50 mM 1,3-propanediol (be prepared under red light, in a container wrapped foil until needed - (Stored at 0 ° C.) was added to the cells by robot to initiate the reaction at room temperature 30 seconds after substrate addition, an aliquot of the 12.5 μL reaction (T1 sample) was 0.4 M glycine-HCl (pH 2. 7) 12.5 μL of 3-methyl-2-benzothiazolinone (MBTH) in 7) was transferred to the second plate containing the wells, approximately 40 minutes after addition of the substrate, to the third plate containing MBTH. An aliquot of the same reaction (T2 sample) was transferred, and at least 20 minutes after this transfer, a 5.5 mM FeCl 3 solution in 125 μL of 10 mM HCl was added to each of the second and third plates (containing MBTH). After an additional 20-60 minutes, Molecular Devices (Sunny), Sunnyvale, California. Vale, CA)) was used to quantify the blue color associated with GDH activity as absorbance at 670 nm using a Spectramax 160 plate reader.

プレートリーダーからのデータをワシントン州レドモンドのマイクロソフト(Microsoft)(登録商標)(Redmond,WA)からの修正したエクセルコンピュータープログラムに移した。このプログラムは、各反応プレートからの第1(T1)および第2(T2)のサンプルをマッチさせ、アウトプットをプレート、プレート内の位置、および各反応におけるT1、T2、およびT2/T1比率を示す結果の表にするように組まれている。T1、T2、またはT2/T1比率において非常に高い値を示すサンプルについてデータを調べた。これは、これらのあらゆるパラメーターでデータをソートするプログラムの能力によって容易になった。最も有望な候補をさらに詳しく調べるために、保留した浅型96−ウェルプレートから画線培養した。   Data from the plate reader was transferred to a modified Excel computer program from Microsoft® (Redmond, WA), Redmond, WA. The program matches the first (T1) and second (T2) samples from each reaction plate, outputs the plate, the position within the plate, and the T1, T2, and T2 / T1 ratios for each reaction. It is organized to be a table of results. Data were examined for samples that showed very high values in the T1, T2, or T2 / T1 ratio. This was facilitated by the program's ability to sort the data by all these parameters. In order to examine the most promising candidates in more detail, streaks were cultured from reserved shallow 96-well plates.

実施例6
GDH変異株ライブラリーのスクリーニングおよびポジティブヒットの同定
実施例5で述べた自動化されたハイスループットアッセイを使用して、5個の変異株ライブラリーからのほぼ100,000個の変異株コロニーをスクリーニングした。これらのライブラリーは次を含んだ。
1.)実施例1で述べたように、α−、β−、およびγ−サブユニット(DhaB1、DhaB2、およびDhaB3)を標的にしたXbaライブラリー、
2.)実施例2で述べたように、α−と、β−サブユニットの小さな部分を標的にしたSmaライブラリー、
3.)実施例3で述べたように、α−サブユニットのa.a.141〜a.a.152を標的にしたPpuMIライブラリー、
4.)実施例3で述べたように、α−サブユニットのa.a.219〜a.a.226を標的にした4BR1ライブラリー、および
5.)実施例3で述べたように、α−サブユニットのa.a.330〜a.a.342を標的にしたRsrIIライブラリー。
Example 6
Screening GDH Mutant Library and Identifying Positive Hits Using the automated high-throughput assay described in Example 5, nearly 100,000 mutant colonies from 5 mutant libraries were screened. . These libraries included:
1. ) An Xba library targeted to α-, β-, and γ-subunits (DhaB1, DhaB2, and DhaB3) as described in Example 1;
2. ) Sma library targeting α- and a small part of β-subunit as described in Example 2;
3. ) As described in Example 3, a. a. 141-a. a. PpuMI library targeting 152,
4). ) As described in Example 3, a. a. 219-a. a. 4. 4BR1 library targeting 226, and 5. ) As described in Example 3, a. a. 330-a. a. RsrII library targeting 342.

あらゆる個々の単離株は、上述の5個のライブラリーの1つから誘導された。ほとんどの個々の単離株は、ライブラリー供給源を示すラベルとそれに続く数(例えば「Xba3010」)によって一義的に同定された。第1のスクリーニングからの全ての推定上の「ヒット」は、フォローアップアッセイ中で確認した。ほとんどの変異効果は、下で述べるような速度パラメーターに基づいて、4個の大まかなカテゴリーに従って分類された。変異遺伝子の配列分析とそれに続く野生型遺伝子との比較によって、各変異株遺伝子中に存在する特定の点変異の同定が可能になった。   Every individual isolate was derived from one of the five libraries described above. Most individual isolates were uniquely identified by a label indicating the library source followed by a number (eg, “Xba3010”). All putative “hits” from the first screen were confirmed in the follow-up assay. Most mutagenic effects were classified according to four broad categories based on rate parameters as described below. Sequence analysis of the mutant gene and subsequent comparison with the wild type gene allowed identification of specific point mutations present in each mutant gene.

変異株ライブラリーのスクリーニングおよびヒットの確認
ほぼ100,000個の変異株の一次スクリーニングに続いて、フォローアップ確認アッセイによって推定上のヒットが確認された。簡単に述べると、各推定上のヒットを8個のウェル中で再アッセイした。それぞれの個々のクローンからの結果を統計学的に分析して、T1(30秒で測定されるアルデヒド量)およびT2(40分で測定されるアルデヒド量)の平均値および標準偏差を得た。これらの結果を野生型酵素と比較した。
Mutant Library Screening and Hit Confirmation Following a primary screen of nearly 100,000 mutants, putative hits were confirmed by a follow-up confirmation assay. Briefly, each putative hit was re-assayed in 8 wells. The results from each individual clone were statistically analyzed to obtain the mean and standard deviation of T1 (the amount of aldehyde measured at 30 seconds) and T2 (the amount of aldehyde measured at 40 minutes). These results were compared with the wild type enzyme.

図2は、y−軸上のOD670nmに対してx−軸上にアッセイ数をプロットする典型的なフォローアップアッセイ結果を示す。Xba3010および野生型クローンに関するT1およびT2でのそれぞれの個々のアッセイ(n=8)からの結果が提示される。平均値は横線として図示され、数的には括弧±標準偏差で提示される。一般に、標準偏差は約10〜15%であった。 FIG. 2 shows a typical follow-up assay result plotting the number of assays on the x-axis against OD 670 nm on the y-axis. Results from each individual assay (n = 8) at T1 and T2 for Xba3010 and wild type clones are presented. The mean value is shown as a horizontal line and is presented numerically in parentheses ± standard deviation. In general, the standard deviation was about 10-15%.

スクリーニング結果
表6は野生型を超えるT2/T1比率、または野生型を超えるT2のいずれか、またはその双方を有するヒットのフォローアップアッセイ結果をまとめる。T2/T1比率は、1,3−プロパンジオールおよびグリセロール存在下で起きる40分の反応での酵素安定性の指標を提供する。T2は、完全に不活性化される前の酵素の総代謝回転数を示唆する。T2/T1比率が高いほど酵素の安定性が良くなる。したがって改善された安定性を有する変異酵素は、野生型酵素と比較して、グリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下で低下した不活性化速度を有する。
Screening results Table 6 summarizes the follow-up assay results for hits having either a T2 / T1 ratio above wild type, or a T2 above wild type, or both. The T2 / T1 ratio provides an indication of enzyme stability in a 40 minute reaction that occurs in the presence of 1,3-propanediol and glycerol. T2 suggests the total turnover number of the enzyme before it is completely inactivated. The higher the T2 / T1 ratio, the better the enzyme stability. Thus, mutant enzymes with improved stability have a reduced inactivation rate in the presence of glycerol and 1,3-propanediol compared to the wild type enzyme.

表6では、野生型の結果への標準化に続く、フォローアップアッセイからのT1およびT2の平均値が報告される。ほとんどの変異酵素は以下の定義に基づいて、タイプ−1、−2、−3、または-4変異株に分類される。
●タイプ1変異株:野生型と比べてT2/T1比率が改善されている一方、T2値の絶対値が減少している。
●タイプ−2変異株:T2/T1比率およびT2の双方が野生型よりも改善されている一方、T2改善の程度はT2/T1比率の改善に満たない。
●タイプ−3変異株:T2/T1比率およびT2の双方が野生型よりも改善されており、双方の改善程度が同様である。
●タイプ−4変異株:T2/T1比率が野生型に対して同等または低下しているが、T2が改善されている。
In Table 6, the average values of T1 and T2 from the follow-up assay following normalization to wild type results are reported. Most mutant enzymes are classified as type-1, -2, -3, or -4 mutants based on the following definitions.
Type 1 mutant: The T2 / T1 ratio is improved compared to the wild type, while the absolute value of the T2 value is decreased.
● Type-2 mutant: While both the T2 / T1 ratio and T2 are improved over the wild type, the degree of T2 improvement is less than the improvement of the T2 / T1 ratio.
● Type-3 mutant: both T2 / T1 ratio and T2 are improved over the wild type, and the degree of improvement of both is the same.
● Type-4 mutant: T2 / T1 ratio is equivalent to or lower than that of wild type, but T2 is improved.

表6はまた、各変異株において同定された特定の点変異をまとめる。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   Table 6 also summarizes the specific point mutations identified in each mutant strain. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

配列決定結果に見られるように、ほとんどの変異はアミノ酸置換として同定される(サイレント変異を除く)。しかし変異株の2つ(Sma3002[配列番号140]およびXba3009[配列番号179])は、融合タンパク質である。具体的には、α−サブユニット(dhaB1)をコードする遺伝子の停止コドン(TAA)は、Sma3002およびXba3009中でそれぞれCAA(Gln)またはGAA(Glu)に変化する。この停止コドンと、β−サブユニット(dhaB2)をコードする遺伝子の最初のコドンの間には15 bpがあるので、これらの融合タンパク質のどちらもβ−サブユニット中にフレームシフトを引き起こさなかった。これにより、双方の変異酵素は活性を維持できるようになった。β−サブユニットの最初のコドン(GTG)は、通常fMet−tRNAによって認識される。しかし融合変異株では、このコドンがVal−tRNAによって認識されなくてはならない。Sma3002融合タンパク質は、6個のアミノ酸残基Gln−Gly−Gly−Ile−Pro−Val(配列番号18)からなるリンカーを含有した。Xba3009融合タンパク質では、リンカーはGlu−Gly−Gly−Ile−Pro−Val(配列番号19)であった。   As seen in the sequencing results, most mutations are identified as amino acid substitutions (except for silent mutations). However, two of the mutant strains (Sma3002 [SEQ ID NO: 140] and Xba3009 [SEQ ID NO: 179]) are fusion proteins. Specifically, the stop codon (TAA) of the gene encoding the α-subunit (dhaB1) changes to CAA (Gln) or GAA (Glu) in Sma3002 and Xba3009, respectively. Since there is 15 bp between this stop codon and the first codon of the gene encoding the β-subunit (dhaB2), neither of these fusion proteins caused a frameshift in the β-subunit. This allowed both mutant enzymes to maintain activity. The first codon (GTG) of the β-subunit is usually recognized by fMet-tRNA. However, in fusion mutants, this codon must be recognized by Val-tRNA. The Sma3002 fusion protein contained a linker consisting of 6 amino acid residues Gln-Gly-Gly-Ile-Pro-Val (SEQ ID NO: 18). In the Xba3009 fusion protein, the linker was Glu-Gly-Gly-Ile-Pro-Val (SEQ ID NO: 19).

実施例7
精製酵素を使用した変異株の生化学分析
各酵素の過剰発現および精製に続いて、5個の変異株および野生型GDHのより詳しい性質決定を実施した。
Example 7
Biochemical analysis of mutants using purified enzymes Following the overexpression and purification of each enzyme, a more detailed characterization of 5 mutants and wild type GDH was performed.

過剰発現および精製
野生型酵素と共にさらに生化学分析するため、Xba3007(タイプ−1、配列番号40)、Sma3002(タイプ−2、配列番号140)、Xba3010(タイプ−3、配列番号175)、Xba3009(タイプ−4、配列番号179)および4BR1001(タイプ−2、配列番号171))を選択した。最初に5K(DE3)大腸菌(E.coli)宿主菌株からプラスミドを精製して、大腸菌(E.coli)BL21(DE3)中に形質転換した。1.0mMのIPTGを添加する前に、細胞をアンピシリン含有LB培地中で0.6〜1.0のOD600に培養した。37℃で3時間の誘導後、遠心分離によって細胞を採集し、20mMのHEPES−KOH緩衝液(pH8.0)で1回洗浄した。細胞ペレットを−80℃で保存した。
Overexpression and purification For further biochemical analysis with the wild type enzyme, Xba3007 (type-1, SEQ ID NO: 40), Sma3002 (type-2, SEQ ID NO: 140), Xba3010 (type-3, SEQ ID NO: 175), Xba3009 ( Type-4, SEQ ID NO: 179) and 4BR1001 (Type-2, SEQ ID NO: 171)) were selected. First, the plasmid was purified from a 5K (DE3) E. coli host strain and transformed into E. coli BL21 (DE3). Prior to the addition of 1.0 mM IPTG, cells were cultured in ampicillin-containing LB medium to an OD 600 of 0.6-1.0. After induction at 37 ° C. for 3 hours, the cells were collected by centrifugation and washed once with 20 mM HEPES-KOH buffer (pH 8.0). Cell pellets were stored at -80 ° C.

酵素精製のため、細胞ペレットを最初にカリフォルニア州パロアルトのロシュ(Roche、Palo Alto、CA)からの完全なミニプロテアーゼ阻害剤カクテル錠剤および0.5mMのEDTAを含有する、20mMのHEPES−KOH緩衝液(pH8.0)に再懸濁した。細胞を超音波処理によって破壊し(ブランソン(Branson)モデル450;20%出力、50%パルス、氷浴中4分間)、続いて遠心分離した(40,000×g、30分間、4℃)。透明な上清を遠沈し(110,000×g、4℃、1時間)、(NHSOを氷上の上清中に緩慢に添加して、溶液を50%飽和とした。溶液を氷上で25分間撹拌し、続いて遠心分離した(40,000×g、30分間、4℃)。ペレットを2mLの泳動用緩衝液(100mMのHEPES−KOH(pH8.2)、100mMの1,2−プロパンジオールおよび1mMのDTT)中に再懸濁し、次に泳動用緩衝液で平衡化したニュージャージー州ピスカタウェイのファーマシア・バイオテック(Pharmacia Biotech(Piscataway、NJ))からの16/60高負荷スーパーデックス(Hiload Superdex)200粒径排除カラムに入れた。 For enzyme purification, the cell pellet was first prepared in 20 mM HEPES-KOH buffer containing a complete miniprotease inhibitor cocktail tablet from Roche, Palo Alto, Calif. And 0.5 mM EDTA. Resuspended in (pH 8.0). Cells were disrupted by sonication (Branson model 450; 20% power, 50% pulse, 4 minutes in ice bath) followed by centrifugation (40,000 × g, 30 minutes, 4 ° C.). The clear supernatant was spun down (110,000 × g, 4 ° C., 1 hour) and (NH 4 ) 2 SO 4 was slowly added into the supernatant on ice to bring the solution to 50% saturation. The solution was stirred on ice for 25 minutes, followed by centrifugation (40,000 × g, 30 minutes, 4 ° C.). The pellet was resuspended in 2 mL of running buffer (100 mM HEPES-KOH pH 8.2, 100 mM 1,2-propanediol and 1 mM DTT) and then equilibrated with running buffer. Placed in a 16/60 high load Superdex 200 particle size exclusion column from Pharmacia Biotech (Piscataway, NJ), Piscataway.

流速0.25mL/分の緩衝液によって酵素を溶出し、画分コレクター(3mL/画分)を使用して溶出液を収集した。実施例5で述べたアッセイを使用して画分を酵素活性についてアッセイし、次に活性画分をプールして、マサチューセッツベッドフォードのミリポア(Milipore(Bedford、MA))からのセントリコン(Centricon)YM100を使用して濃縮した。100mMのHEPES−KOH(pH8.2)および1mMのDTTからなる新鮮な泳動用緩衝液を使用して、濃縮された酵素を同一カラムにもう一度通過させた。精製した酵素は、10〜20%の勾配ゲルおよびクマシー・ブルー染色を使用したSDS−PAGE電気泳動による評定で、純度75〜95%であった。   The enzyme was eluted with a buffer at a flow rate of 0.25 mL / min, and the eluate was collected using a fraction collector (3 mL / fraction). Fractions were assayed for enzyme activity using the assay described in Example 5, and the active fractions were then pooled and sent to a Centricon YM100 from Millipore, Bedford, Mass. Concentrated using The concentrated enzyme was again passed through the same column using fresh running buffer consisting of 100 mM HEPES-KOH (pH 8.2) and 1 mM DTT. The purified enzyme was 75-95% pure as assessed by SDS-PAGE electrophoresis using a 10-20% gradient gel and Coomassie blue staining.

変異株GDH酵素の生化学的性質決定:
精製した野生型および変異株GDH酵素を使用した詳細な酵素速度分析を実施した。MBTH−比色分析アルデヒドアッセイ(ズーレック(Zurek)G.、およびカルスト(Karst)U.、Analytica Chimica Acta、351:247〜257(1997))を使用して生成物形成を測定し、酵素活性を求めて、KおよびV最大はラインウェーバー−バーク・プロットから求めた。kcatをV最大から計算した。求めた酵素のKおよびkcatを表7に示す。
Biochemical characterization of mutant GDH enzyme:
Detailed enzyme rate analysis using purified wild type and mutant GDH enzymes was performed. The MBTH-colorimetric aldehyde assay (Zurek G., and Karst U., Analytica Chimica Acta, 351: 247-257 (1997)) was used to measure product formation and to determine enzyme activity. seeking the maximum K M and V line Weber - it was determined from Burke plot. k cat was calculated from V max . The K M and k cat of the enzyme found in Table 7.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

最後に、各変異酵素の不活性化特性の詳細な分析を実施した。実施例4で述べたようにして、グリセロール不活性化速度定数を測定した。空気不活性化速度定数のために、21μMの補酵素B12を含有する0.1M K−HEPES緩衝液(pH8)で酵素を27μg/mLに希釈し、次に空気中において室温でインキュベートした。総代謝回転数をインキュベーションの0.25、0.5、1、2、5、10、15、20および30分後に測定した。総代謝回転数を測定するために、200mMのグリセロール、24mMの補酵素B12、および0.1MのK−HEPES緩衝液(pH8)を含有する190μLの反応溶液に10μLの酵素溶液を添加して、反応混合物を室温で2時間インキュベートした。MBTH−比色分析アルデヒドアッセイ(ズーレック(Zurek)G.、およびU.(カルスト(Karst)U.、同上)を使用して3−HP濃度を測定することで、総代謝回転数を推定した。時間−対−総代謝回転数でデータをプロットし、A=Aexp(−k空気t)(式中、「A」は総代謝回転数、「A」は0時の総代謝回転数、「k空気」は空気不活性化速度定数、および「t」は時間である)を使用して、曲線のあてはめにより総代謝回転数を推定した。 Finally, a detailed analysis of the inactivation characteristics of each mutant enzyme was performed. Glycerol inactivation rate constants were measured as described in Example 4. For the air inactivation rate constant, the enzyme was diluted to 27 μg / mL with 0.1 M K-HEPES buffer (pH 8) containing 21 μM coenzyme B 12 and then incubated in air at room temperature. Total turnover was measured after 0.25, 0.5, 1, 2, 5, 10, 15, 20 and 30 minutes of incubation. To measure total turnover, add 10 μL enzyme solution to 190 μL reaction solution containing 200 mM glycerol, 24 mM coenzyme B 12 , and 0.1 M K-HEPES buffer (pH 8). The reaction mixture was incubated at room temperature for 2 hours. Total turnover numbers were estimated by measuring 3-HP concentrations using the MBTH-colorimetric aldehyde assay (Zurek G., and U. (Karst U., supra). Data is plotted as time vs. total turnover number, A = A 0 exp (−k air t) (where “A” is the total turnover number, “A 0 ” is the total turnover number at 0:00) , “K air ” is the air deactivation rate constant, and “t” is time) to estimate the total turnover number by curve fitting.

1,3−プロパンジオール不活性化を測定するために、21μMの補酵素B12および様々な濃度の1,3−プロパンジオール(すなわち、1、20、100および300mM)を含有する0.1M K−HEPES緩衝液(pH8)中で、酵素を27μg/mLに希釈した。空気不活性化速度定数の測定のために使用した方法により、各1,3−プロパンジオール濃度について不活性化速度定数を推定した。不活性化速度定数を1,3−プロパンジオール濃度に対してプロットし、曲線から1,3−プロパンジオールによる最大不活性化速度定数を推定した。1,3−プロパンジオールの解離定数は、不活性化速度定数が最大不活性化速度定数の半分になる1,3−プロパンジオール濃度であった。 To measure 1,3-propanediol inactivation, 0.1 M K containing 21 μM coenzyme B 12 and various concentrations of 1,3-propanediol (ie 1, 20, 100 and 300 mM) -The enzyme was diluted to 27 μg / mL in HEPES buffer (pH 8). The deactivation rate constant was estimated for each 1,3-propanediol concentration by the method used to measure the air deactivation rate constant. The inactivation rate constant was plotted against the 1,3-propanediol concentration, and the maximum inactivation rate constant due to 1,3-propanediol was estimated from the curve. The dissociation constant of 1,3-propanediol was 1,3-propanediol concentration at which the deactivation rate constant was half of the maximum deactivation rate constant.

この不活性化特性の分析結果を下の表8に示す。グリセロールまたは1,3−プロパンジオールまたは光いずれかの不在下、しかし空気(酸素)存在下では、B12依存性デヒドラターゼホロ酵素の不活性化が二相速度で起きる。kglyは、1,3−プロパンジオールなしに10mMのグリセロール存在下で測定される不活性化速度定数である。全ての変異株および野生型デヒドラターゼは二相の空気不活性化を示したので、k空気、Fは急速相のための空気不活性化速度定数であり、k空気、Sは緩慢相の空気不活性化速度定数であり、k1,3−プロパンジオールは1,3−プロパンジオールによる最大不活性化速度定数である。Kは1,3−プロパンジオールの解離定数である。 The analysis results of this inactivation characteristic are shown in Table 8 below. Glycerol or 1,3-propanediol or light either in the absence, but in the presence air (oxygen), B 12-dependent dehydratase holoenzyme enzyme inactivation occurs in a biphasic rate. k gly is the inactivation rate constant measured in the presence of 10 mM glycerol without 1,3-propanediol. Since all mutants and wild type dehydratase showed two-phase air inactivation, k air, F is the air inactivation rate constant for the rapid phase, and k air, S is the slow phase air inactivation. It is an activation rate constant, and k1,3 -propanediol is the maximum deactivation rate constant by 1,3-propanediol. K d is the dissociation constant of 1,3-propanediol.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

実施例8
選択した第一世代変異株の組み合わせによる2回目の変異誘発
1回目の変異誘発から得られた変異株をさらに改善するために、2回目の変異誘発を実施して、いくつかの第一世代変異株からの変異を組み合わせた。
Example 8
Second mutagenesis with selected first generation mutant combinations In order to further improve the mutants obtained from the first mutagenesis, a second mutagenesis was performed and several first generation mutations were performed. Mutations from strains were combined.

第2世代変異株を製造するために、最初に、複数の変異を含有するいくつかの第一世代変異株からのプラスミド(例えばSma3002またはXba3009)を宿主細胞から精製した。次にこれらのプラスミドに、Xba3007、Xba3029または4BR1001で見つかった一点変異を導入して、第二世代変異株2−F4、12−B1、13−B7、および16−H5を生成した。表9はこれらの各変異株、およびそれらを生成するのに使用したプライマーに関する詳細をまとめる。各プライマー中の太字の大文字で示すヌクレオチドは、特定の変異が導入される位置を示す。   In order to produce second generation mutants, plasmids from several first generation mutants (eg, Sma3002 or Xba3009) containing multiple mutations were first purified from host cells. These plasmids were then introduced with single point mutations found in Xba3007, Xba3029 or 4BR1001 to generate second generation mutants 2-F4, 12-B1, 13-B7, and 16-H5. Table 9 summarizes details about each of these variants and the primers used to generate them. Nucleotides shown in bold capital letters in each primer indicate the position at which a particular mutation is introduced.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、実施例3で述べたようにして変異誘発実験を実施した。   Mutations as described in Example 3 using the Stratagene Quick-Change Site-Induced Mutagenesis Kit from Stratagene, La Jolla, California (Stratagene, La Jolla, Calif.) Provocation experiments were performed.

実施例5で述べたようにして、各第二世代変異株のT2/T1比率およびT2値を求めた。これらの結果を下の表10に示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   As described in Example 5, the T2 / T1 ratio and T2 value of each second generation mutant were determined. These results are shown in Table 10 below. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

実施例9
純粋融合変異株の構築および分析
2個の融合変異株であるXba3009(配列番号179)およびSma3002(配列番号140)については、実施例6で述べた。どちらも融合それ自体に加えてその他の変異を含有した。α−およびβ−融合の効果を調査するために、2個の純粋融合変異株(1E1および20G7)を構築した。
Example 9
Construction and analysis of pure fusion mutants Two fusion mutants, Xba3009 (SEQ ID NO: 179) and Sma3002 (SEQ ID NO: 140) were described in Example 6. Both contained other mutations in addition to the fusion itself. In order to investigate the effects of α- and β-fusion, two pure fusion mutants (1E1 and 20G7) were constructed.

純粋融合変異株の構築
α−サブユニット(TAA)の停止コドンをCAA(1E1)またはGAA(22−G7)に変化させた。この修飾は、野生型GDHプラスミド中に一点変異を導入することで達成した。点変異を作成するために、以下の2対のプライマーを使用した。
1−E1変異株のため:
1−E1−F1:5’−gac acc att gaa Caa ggc ggt att cct−3’(配列番号26)
1−E1−R1:5’−agg aat acc gcc ttG ttc aat ggt gtc−3’(配列番号27)
22−G7変異株のため:
22−G7−F1:
5’−ccc gac acc att gaa Gaa ggc ggt att cct gtg−3’(配列番号28)
22−G7−R1:
5’−cac agg aat acc gcc ttC ttc aat ggt gtc ggg−3’(配列番号29)
Construction of pure fusion mutant The stop codon of α-subunit (TAA) was changed to CAA (1E1) or GAA (22-G7). This modification was achieved by introducing a single point mutation into the wild type GDH plasmid. In order to create a point mutation, the following two pairs of primers were used.
For the 1-E1 mutant:
1-E1-F1: 5′-gac acc att gaa Caa ggc ggt att cct-3 ′ (SEQ ID NO: 26)
1-E1-R1: 5′-agg aat acc gcc ttG ttc aat ggt gtc-3 ′ (SEQ ID NO: 27)
For the 22-G7 mutant:
22-G7-F1:
5′-ccc gac acc att gaa Gaa ggc ggt att cct gtg-3 ′ (SEQ ID NO: 28)
22-G7-R1:
5′-cac agg aat acc gcc ttC ttc aat ggt gtc ggg-3 ′ (SEQ ID NO: 29)

各プライマー中の太字の大文字で示すヌクレオチドは、特定の変異が導入される位置を示す。   Nucleotides shown in bold capital letters in each primer indicate the position at which a particular mutation is introduced.

カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、実施例3で述べたようにして変異誘発実験を実施した。実施例5で述べたようにして、これらの第二世代変異株のT2/T1比率およびT2値を求めた。これらの結果を下の表11に示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   Mutations as described in Example 3 using the Stratagene Quick-Change Site-Induced Mutagenesis Kit from Stratagene, La Jolla, California (Stratagene, La Jolla, Calif.) Provocation experiments were performed. The T2 / T1 ratio and T2 value of these second generation mutants were determined as described in Example 5. These results are shown in Table 11 below. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

実施例10
変異株Sma3002に見つかった変異の分析
実施例6で同定された第一世代変異株であるSma3002(配列番号140)は、T2/T1比率およびT2値の双方に顕著な改善を示した。それは4個の点変異を含有し、その1つは実施例9で詳細に探求した融合変異を含んだ。これらの変異の影響を個別に調査するため、さらに2個の変異株(α−Y271Cおよびβ−Q2R)を構築した。
Example 10
Analysis of mutations found in mutant Sma3002 Sma3002 (SEQ ID NO: 140), the first generation mutant identified in Example 6, showed a significant improvement in both T2 / T1 ratio and T2 value. It contained 4 point mutations, one of which contained the fusion mutation explored in detail in Example 9. In order to investigate the effects of these mutations individually, two additional mutants (α-Y271C and β-Q2R) were constructed.

前に従った方法論を使用して、下に示すようなユニークにデザインされたプライマーを使用して、野生型プラスミドに単一点変異を導入した。前の実施例と同じく、各プライマー中の太字の大文字で示すヌクレオチドは、特定の変異が導入される位置を示す。   Using the methodology followed, single point mutations were introduced into the wild-type plasmid using uniquely designed primers as shown below. As in the previous examples, the nucleotides in bold capital letters in each primer indicate the position at which a particular mutation is introduced.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、実施例3で述べたようにして変異誘発実験を実施した。実施例5で述べたようにして、これらの変異株のT2/T1比率およびT2値を測定した。表13に結果を示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   Mutations as described in Example 3 using the Stratagene Quick-Change Site-Induced Mutagenesis Kit from Stratagene, La Jolla, California (Stratagene, La Jolla, Calif.) Provocation experiments were performed. T2 / T1 ratios and T2 values of these mutants were measured as described in Example 5. Table 13 shows the results. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

α−Y271C変異はT2値を低下させるが、T2/T1比率を変化させることができなかった。したがってこの変異は、酵素のkcatを低下させる。別の変異β−Q2Rは、T2またはT2/T1比率のいずれにも顕著に影響しないようである。 The α-Y271C mutation decreased the T2 value but failed to change the T2 / T1 ratio. This mutation therefore reduces the enzyme's k cat . Another mutant β-Q2R does not appear to significantly affect either the T2 or T2 / T1 ratio.

Sma3002(配列番号140)における3個の非融合変異のいずれかが協力して作用し、1,3−プロパンジオールおよびグリセロール存在下での酵素の安定性を増大させるかどうかを判定するために、3個の追加的な変異株を作成した。これらの各変異株では、野生型DNA配列を単一点変異として導入することで、Sma3002における3個の非融合変異(α−Y271C、α−Y502H、またはβ−Q2R)の1つを除去した。これからSma3002中に存在した元の非融合変異の内2つをそれぞれ含有する、3個のSma3002−由来変異株が得られた。ストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、実施例3で述べたようにして、Sma3002プラスミド中に単一点変異を導入し、プライマーを下の表14に示す。   To determine if any of the three non-fusion mutations in Sma3002 (SEQ ID NO: 140) work together to increase the stability of the enzyme in the presence of 1,3-propanediol and glycerol, Three additional mutants were created. In each of these mutants, one of the three non-fusion mutations (α-Y271C, α-Y502H, or β-Q2R) in Sma3002 was removed by introducing the wild type DNA sequence as a single point mutation. From this, three Sma3002-derived mutants each containing two of the original non-fusion mutations present in Sma3002 were obtained. Single point mutations were introduced into the Sma3002 plasmid as described in Example 3 using the Stratagene QuikChange site-induced mutagenesis kit and the primers are shown in Table 14 below. .

Figure 2007524342
Figure 2007524342

実施例5で述べたようにして、これらの変異株のT2/T1比率およびT2値を測定した。表15はこの分析の結果を示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   T2 / T1 ratios and T2 values of these mutants were measured as described in Example 5. Table 15 shows the results of this analysis. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

実施例11
いくつかの第一世代変異の第二世代変異株への添加による3回目の変異誘発
ここでT2として報告する値で測定されるGDH酵素の総代謝回転の改善に向けて、先行する実施例でかなりの改善がなされたが、3回目の変異誘発を施した。これらの反応では、T2値の最大の改善を示す2個の第二世代変異株(すなわち1−E1および8−C9)に、第一世代変異株から選択される点変異を導入した。これは最初に、宿主細胞から1−E1および8−C9変異株プラスミドを精製することで達成した。次に下の表16に示すプライマーと、カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、実施例3で述べたようにして、これらのプラスミドにXba3007、Xba3029、または4BR1001に見つかった単一アミノ酸置換変異を導入した。
Example 11
Third Mutagenesis by Addition of Several First Generation Mutations to Second Generation Mutants To improve the total turnover of GDH enzyme, measured at the value reported here as T2, in the preceding examples Although significant improvements were made, a third mutagenesis was performed. In these reactions, point mutations selected from the first generation mutants were introduced into the two second generation mutants (ie 1-E1 and 8-C9) showing the greatest improvement in T2 values. This was first achieved by purifying the 1-E1 and 8-C9 mutant plasmids from the host cells. Next, using the primers shown in Table 16 below and the Stratagene quick-change (QuikChange) site-induced mutagenesis kit from Stratagene, La Jolla, Calif. (Stratagene, La Jolla, Calif.). As described in Example 3, single amino acid substitution mutations found in Xba3007, Xba3029, or 4BR1001 were introduced into these plasmids.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

これらの第三世代変異株のT2/T1比率およびT2値は、実施例5で述べたようにして測定した。表17は結果を示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に掲載する。   The T2 / T1 ratio and T2 value of these third generation mutants were measured as described in Example 5. Table 17 shows the results. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is listed in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

全体的に第三世代変異株では、酵素安定性にかなりの改善があった。全ての変異株は、最良の第一世代変異株(すなわち、Sma3002(配列番号140))と比較して改善された安定性(T2/T1比率)および総代謝回転数(T2)を有した。実際、変異株20−B9および21−D10は、これまでに作成した全変異株を超えるT2値を有した。   Overall, the third generation mutants had a significant improvement in enzyme stability. All mutants had improved stability (T2 / T1 ratio) and total turnover (T2) compared to the best first generation mutant (ie, Sma3002 (SEQ ID NO: 140)). In fact, mutants 20-B9 and 21-D10 had T2 values that exceeded all mutants created so far.

実施例12
いくつかの第二および第三世代変異株の生化学的性質決定
選択された第二世および第三世代変異株をさらに詳しく性質決定するために、実施例4で述べる方法を使用して、10mMのグリセロールおよび50mMの1,3−プロパンジオール存在下でこれらの変異株の不活性化速度定数を求めた。これらの結果を下に示す表18にまとめる。
Example 12
Biochemical characterization of several second and third generation mutants To further characterize selected second and third generation mutants, using the method described in Example 4, 10 mM Inactivation rate constants of these mutants were determined in the presence of glycerol and 50 mM 1,3-propanediol. These results are summarized in Table 18 below.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

期待されたように、結果はT2/T1比率の測定と一致した。   As expected, the results were consistent with the measurement of the T2 / T1 ratio.

改善されたGDHの一用途は、1,3−プロパンジオール生物生産であるので、高濃度の1,3−プロパンジオール存在下における変異株の総代謝回転数を求めることが重要である。上述のアッセイは、わずか50mM存在下で実施した。1,3−プロパンジオール生物生産のための発酵の後期では、1,3−プロパンジオール濃度が1Mに達することができる。したがって第2の二点アッセイを実施した。具体的には、いくつかの有望な変異株について、10mMのグリセロールおよび600mMの1,3−プロパンジオール存在下で、T2値も測定した。表19に結果をまとめる。   Since one use of improved GDH is 1,3-propanediol bioproduction, it is important to determine the total turnover number of mutants in the presence of high concentrations of 1,3-propanediol. The above assay was performed in the presence of only 50 mM. Later in the fermentation for 1,3-propanediol bioproduction, the 1,3-propanediol concentration can reach 1M. A second two-point assay was therefore performed. Specifically, T2 values were also measured for several promising mutants in the presence of 10 mM glycerol and 600 mM 1,3-propanediol. Table 19 summarizes the results.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

結果は、T2(50mM)について得られたものと幾分同様であったが、数個の変異株は、予期された以上に良好に機能した。Sma3002のT2(600mM)は野生型酵素のそれよりも3.3倍高かった。各第三世代変異株(15−E4、18−D7、20−B9、および21−D10)は、Sma3002と比較してT2(600mM)にさらなる改善を示した。結果は、より高いT2(600mM)を有するこれらの第三世代変異株が、より高濃度の1,3−プロパンジオール中でより耐性があることを示唆した。これらの変異株は、1,3−プロパンジオール生物生産のために非常に有用であることが期待される。 The results were somewhat similar to those obtained for T2 (50 mM) , but several mutants performed better than expected. The T2 (600 mM) of Sma3002 was 3.3 times higher than that of the wild type enzyme. Each third generation mutant (15-E4, 18-D7, 20-B9, and 21-D10) showed a further improvement in T2 (600 mM) compared to Sma3002. The results suggested that these third generation mutants with higher T2 (600 mM) were more resistant in higher concentrations of 1,3-propanediol. These mutants are expected to be very useful for 1,3-propanediol bioproduction.

実施例13
高濃度の1,3−プロパンジオール存在下で総酵素代謝回転数を測定するための一点ハイスループット・スクリーニング・アッセイ
1,3−プロパンジオール濃度が約300mMよりも高い場合、反応開始後ほとんど即座にGDHの不活性化が起きる。これらの条下ではT1が正確に測定できないので、実施例4および5で述べたハイスループット・スクリーニング・アッセイを使用して、変異株をスクリーニングすることができない。高濃度の1,3−プロパンジオール存在下での総酵素代謝回転数は、ここで改善することが望ましい重要な酵素速度パラメーターの1つである。この総酵素代謝回転数は、不活性化速度の低下またはkcatの増大のいずれかによって改善できる。高濃度の1,3−プロパンジオール存在下で、改善された総酵素代謝回転数を有する変異株についてスクリーニングするために、修正したハイスループット・スクリーニング・アッセイを開発した。
Example 13
One-point high-throughput screening assay for measuring total enzyme turnover in the presence of high concentrations of 1,3-propanediol. If the 1,3-propanediol concentration is higher than about 300 mM, almost immediately after the start of the reaction. Inactivation of GDH occurs. Under these conditions, T1 cannot be accurately measured, so mutants cannot be screened using the high-throughput screening assays described in Examples 4 and 5. Total enzyme turnover in the presence of high concentrations of 1,3-propanediol is one of the important enzyme kinetic parameters that should be improved here. This total enzyme turnover number can be improved by either reducing the inactivation rate or increasing k cat . A modified high-throughput screening assay was developed to screen for mutants with improved total enzyme turnover in the presence of high concentrations of 1,3-propanediol.

簡単に述べると、実施例5で述べたようにして、変異株細胞を96−ウェルプレート内で培養し透過化処理した。カリフォルニア州フラートンのベックマン−コールター(Beckman−Coulter(Fullerton、CA))からのバイオメック(Biomek)2000ロボットを使用して、アリコート(8μL)の透過化処理された細胞を96−ウェル反応プレートに移した。英国ハンプシャー州ニューミルトンのジェネティクス(Genetix(New Milton、Hampshire、UK))からのQfill2を使用して、0.1Mカリウム−HEPES緩衝液(pH8)中の24μM補酵素B12、12mMグリセロール、および720mMの1,3−プロパンジオールを含有する40μLの基質を細胞に添加して、室温での反応を開始した。プレートを室温でほぼ70分間培養した後、バイオメック(Biomek)2000ロボット(ベックマン−コールター(Beckman−Coulter)を使用して、ウェルが12.5μLの0.4Mグリシン−HCl(pH2.7)中の3−メチル−2−ベンゾチアゾリノン(MBTH)を含有する第2のプレートに、反応の12.5μLのアリコートを移した。70分の反応時間によって総代謝回転数の正確な測定ができるようになる。実施例5で述べたようにして、生成物である3−HPの濃度を求めた。カリフォルニア州サニーベールのモレキュラー・デバイシス(Molecular Devices(Sunnyvale、CA))からのスペクトラマックス(Spectramax)160プレートリーダーを使用して670nmでの吸光度を測定し、総酵素代謝回転数(T(600))を推定した。 Briefly, the mutant cells were cultured in a 96-well plate and permeabilized as described in Example 5. Using a Biomek 2000 robot from Beckman-Coulter (Fullerton, Calif.), Fullerton, Calif., Aliquots (8 μL) of permeabilized cells were transferred to 96-well reaction plates. did. 24 μM coenzyme B 12 , 12 mM glycerol in 0.1 M potassium-HEPES buffer (pH 8) using Qfill2 from Genetics in New Milton, Hampshire, UK (Geneticx (New Milton, Hampshire, UK)), and 40 μL of substrate containing 720 mM 1,3-propanediol was added to the cells to initiate the reaction at room temperature. Plates were incubated at room temperature for approximately 70 minutes before using a Biomek 2000 robot (Beckman-Coulter) in 12.5 μL of 0.4 M glycine-HCl (pH 2.7). A 12.5 μL aliquot of the reaction was transferred to a second plate containing 3-methyl-2-benzothiazolinone (MBTH), which gives an accurate measure of total turnover with a reaction time of 70 minutes. The concentration of the product 3-HP was determined as described in Example 5. Spectramax from Molecular Devices (Sunnyvale, Calif.), Sunnyvale, Calif. ) 67 using a 160 plate reader The absorbance at nm was measured to estimate the total enzyme turnover number (T (600)).

Qfill2は、基質を15秒以内に1枚の96−ウェルプレートに添加できるので、この一点比色分析アッセイは実行するのがが簡単である。さらにアッセイは実施例4および5で述べたアッセイと比較して、より高いスループット能力を提供できる。野生型GDHおよび異なる酵素速度パラメーターを有するいくつかの変異株について、実施例5および本実施例で実施されたアッセイの比較結果を表20に示す。   Since Qfill2 can add substrate to a single 96-well plate within 15 seconds, this single point colorimetric assay is easy to perform. Furthermore, the assay can provide a higher throughput capacity compared to the assays described in Examples 4 and 5. Table 20 shows the results of a comparison of the assays performed in Example 5 and this example for wild-type GDH and several mutants with different enzyme rate parameters.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

これらの結果は、各アッセイが異なる速度パラメーターについてスクリーニングすることを実証する。本実施例で述べられるスクリーニング・アッセイによって同定される変異株は、より高濃度の1,3−プロパンジオールに対してより抵抗性であり、一般に改善された安定性と妥当なkcat値を有する。 These results demonstrate that each assay is screened for different rate parameters. Variants identified by the screening assay described in this example are more resistant to higher concentrations of 1,3-propanediol and generally have improved stability and reasonable k cat values .

実施例14
酵素構造と変異の間の相互関係
この実施例では、野生型GDHと比較して増大したT2または増大したT2/T1比率を有する変異の位置をGDHの三次元結晶構築に関して調べた。これによって変異が、改善された反応速度(不活性化速度が低下する)をもたらすことが多い変異「ホットスポット」と見なすことができるデヒドラターゼ内の領域の同定が可能になる。これらの領域における代案の配列変更は、おそらく反応速度に改善を有する追加的な変異株をもたらす。
Example 14
In this example, the location of mutations with increased T2 or increased T2 / T1 ratio compared to wild-type GDH was examined for three-dimensional crystal construction of GDH. This allows for the identification of regions within the dehydratase that can be considered mutation “hot spots” where mutations often result in improved reaction rates (decreasing inactivation rate). Alternative sequence changes in these regions will likely result in additional mutants with improved reaction rates.

三次元構造に相関する変異位置
基質フリー形態のデヒドラターゼの三次元結晶構造は、X線結晶構造解析によって求められており(リャオ(Liao)ら、J.Inorganic Biochem.93(1−2):84〜91(2003))、さらに1,2−プロパンジオール複合体中の酵素の構造も報告されている(ヤマニシ(Yamanishi)ら、Eur.J.Biochem.269:4484〜4494(2002))。これらの構造に基づいて、各GDHサブユニットの模式図上に、T2/T1比率またはT2のいずれかに改善をもたらす変異(実施例6〜12からの)をマッピングした。より具体的には、図3はα−サブユニット上に単一点変異(野生型GDHと比較して)を含有する変異株の分布を示す(全ての単一点変異の88%に相当)。対照的に、図4はα−サブユニッ上に複数点変異(野生型GDHと比較して)を含有する変異株の分布を示す。このサブユニットは全ての複数点変異の58%を含有し、残りの変異は、β−(31%)およびγ−(11%)サブユニットにそれぞれ分布した。
Mutation positions correlating to the three-dimensional structure The three-dimensional crystal structure of the substrate-free form of dehydratase has been determined by X-ray crystal structure analysis (Liao et al., J. Inorganic Biochem. 93 (1-2): 84. 91 (2003)), and the structure of the enzyme in the 1,2-propanediol complex has also been reported (Yamanishi et al., Eur. J. Biochem. 269: 4484-4494 (2002)). Based on these structures, mutations (from Examples 6-12) that resulted in improvements in either the T2 / T1 ratio or T2 were mapped onto the schematic of each GDH subunit. More specifically, FIG. 3 shows the distribution of mutants containing a single point mutation (compared to wild type GDH) on the α-subunit (corresponding to 88% of all single point mutations). In contrast, FIG. 4 shows the distribution of mutants containing multiple point mutations (compared to wild type GDH) on the α-subunit. This subunit contained 58% of all multipoint mutations and the remaining mutations were distributed in β- (31%) and γ- (11%) subunits, respectively.

ポジティブヒットから同定されたホットスポット
単一点および複数点変異株の双方における変異は、GDHの全ての3個のサブユニットに位置して大型α−サブユニット全体に分布するが、単一点変異を含有する変異株および複数点変異を含有する変異株は、α−サブユニット中に2個の共通のホットスポットを示す。
Hot spots identified from positive hits Mutations in both single-point and multipoint mutants are located in all three subunits of GDH and are distributed throughout the large α-subunit, but contain single-point mutations And mutants containing multiple point mutations show two common hot spots in the α-subunit.

1つの変異ホットスポットは、α−サブユニットのN−末端から2番目のαらせん(残基62〜70)上に位置する。この領域では5個の単一点変異株が見つかり、内3つは残基62に異なるアミノ酸置換の変異を有し、1つは残基65に変異を有し、1つは残基70に変異を有する(図3)。複数点変異株からの6個の変異部位はこのらせん上にも位置し、残基62に3つ、残基63、67および70にそれぞれ1つある(図4)。   One mutation hot spot is located on the second α helix (residues 62-70) from the N-terminus of the α-subunit. In this region, 5 single point mutants were found, 3 of which have different amino acid substitution mutations at residue 62, 1 mutation at residue 65 and 1 mutation at residue 70 (FIG. 3). Six mutation sites from the multipoint mutant are also located on this helix, with three at residue 62 and one at residues 63, 67 and 70 (FIG. 4).

第2のホットスポットは、4番目のβ−鎖の部分、TIMバレルとそれに続くα−サブユニットのループおよび短いらせん(残基224〜236)を含む領域である。このホットスポットは活性部位の近辺にある。この領域では5個の単一部位変異が見つかっている。残基224は2個の変異株において異なるアミノ酸置換を有した。残基226は、2個の同一変異株の変異部位である。1個の変異株は、残基233上にある。さらに複数部位変異株の3個の変異部位は、この領域(残基226、231、および236)に位置する。   The second hot spot is the region containing the fourth β-strand portion, the TIM barrel followed by the α-subunit loop and a short helix (residues 224-236). This hot spot is in the vicinity of the active site. Five single site mutations have been found in this region. Residue 224 had a different amino acid substitution in the two mutants. Residue 226 is the mutation site of two identical mutants. One mutant is on residue 233. Furthermore, the three mutation sites of the multi-site mutant are located in this region (residues 226, 231 and 236).

実施例15
GDH変異株の部位飽和変異誘発
実施例9で特徴づけられる変異株中に存在する3個の変異部位に、部位飽和変異誘発を実施した。具体的には、これらの部位はγ−Thr53(変異株Xba3009に見られる)、α−Leu509(変異株Xba3029に見られる)およびα−Val224(変異株4BR1001に見られる)であった。飽和変異誘発ライブラリーを調製するために、1−E1および8−C9変異株(それぞれ実施例9および10)をそれらの宿主細胞から精製し、表21に示す変性プライマーと共にテンプレートとして使用した。
Example 15
Site saturation mutagenesis of GDH mutants Site saturation mutagenesis was performed at the three mutation sites present in the mutants characterized in Example 9. Specifically, these sites were γ-Thr53 (found in mutant Xba3009), α-Leu509 (found in mutant Xba3029) and α-Val224 (found in mutant 4BR1001). To prepare the saturation mutagenesis library, 1-E1 and 8-C9 mutants (Examples 9 and 10, respectively) were purified from their host cells and used as templates with the degenerate primers shown in Table 21.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

カリフォルニア州ラ・ホーヤのストラタジーン(Stratagene(La Jolla、CA))からのストラタジーン(Stratagene)クイックチェンジ(QuikChange)部位−誘導変異誘発キットを使用して、製造元の説明書に従って、GDH−SM1、GDH−SM2、GDH−SM3、およびGDH−SM4ライブラリーを調製した。プラスミドの大腸菌(E.coli)株5K(DE3)への電気穿孔に続いて(実施例1で述べたように)、一点GDHアッセイを使用して各ライブラリーからの88個の変異株コロニーをスクリーニングして、高濃度1,3−プロパンジオール存在下での総酵素代謝回転数を推定した。次に各スクリーニングからの最良のヒットをDNA配列分析にかけた。以下の表に結果を示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に提供する。   Using the Stratagene QuickChange site-induced mutagenesis kit from Stratagene, La Jolla, CA (Stratagene, La Jolla, Calif.) According to the manufacturer's instructions, GDH-SM1, GDH-SM2, GDH-SM3, and GDH-SM4 libraries were prepared. Following electroporation of the plasmid into E. coli strain 5K (DE3) (as described in Example 1), 88 mutant colonies from each library were selected using a single point GDH assay. Screening estimated total enzyme turnover in the presence of high concentrations of 1,3-propanediol. The best hit from each screen was then subjected to DNA sequence analysis. The results are shown in the following table. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is provided in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

全ての4個の飽和変異株(GDH−SM1−G11、GSH−SM2−B11、GDH−SM3−D2、およびGDH−SM4−H2[太字で示す])は、それらが由来した親変異遺伝子との比較で、T(600)のさらなる改善を示した。興味深いことに、変異株GDH−SM4−H2では、3個の塩基変化が同定された(すなわち、ACC(γ−Thr53)からTGT(Cys))。このタイプの変異は、エラープローンPCRを使用して生成することが極めて困難である。   All four saturation mutants (GDH-SM1-G11, GSH-SM2-B11, GDH-SM3-D2, and GDH-SM4-H2 [shown in bold]) are The comparison showed a further improvement in T (600). Interestingly, in the mutant GDH-SM4-H2, three base changes were identified (ie ACC (γ-Thr53) to TGT (Cys)). This type of mutation is extremely difficult to generate using error-prone PCR.

実施例16
不対プライマーを使用してGDH変異株を生成する遺伝子組み換え発生伸張法
無作為変異誘発、合理的デザインの変異誘発、および飽和変異誘発(実施例6、8−11、および15)を使用したグリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下でのGDH不活性化速度の顕著な改善にも関わらず、工業用途のためにはさらなる改善が望ましかった。したがって実施例6、9、10、および15からの24個のグリセロールデヒドラターゼ変異株を不対プライマー法を使用した単一遺伝子組み換え発生伸張反応の親テンプレートとして使用した(米国特許出願第60/360279号明細書)。
Example 16
Genetically modified generation extension method to generate GDH mutants using unpaired primers Glycerol using random mutagenesis, rational design mutagenesis, and saturation mutagenesis (Examples 6, 8-11, and 15) Despite a significant improvement in the rate of GDH inactivation in the presence of 1,3-propanediol, further improvements were desired for industrial applications. Therefore, 24 glycerol dehydratase mutants from Examples 6, 9, 10, and 15 were used as parent templates for single genetically engineered extension reactions using unpaired primer methods (US Patent Application No. 60/360279). Specification).

短い側方DNA断片の親遺伝子5’または3’末端への付着
PCRによって短い側方DNA断片を親遺伝子の5’または3’末端に付着し、引き続いてそれを不対プライマーを使用した遺伝子組み換え発生伸張法のための結合部位として使用した。GDHを含有するプラスミドを宿主細胞から精製し、テンプレートとして使用した。
Attachment of a short lateral DNA fragment to the 5 'or 3' end of the parent gene By PCR, a short lateral DNA fragment is attached to the 5 'or 3' end of the parent gene, followed by genetic recombination using an unpaired primer. Used as a binding site for the developmental extension method. A plasmid containing GDH was purified from host cells and used as a template.

具体的には、インディアナ州インディアナポリスのロシュ・アプライド・サイエンス(Roche Applied Science(Indianapolis、IN))からのエキスパンド高忠実度PCRシステム(Expand High Fidelity PCR System)を使用した標準高忠実度PCR反応において、フォーワードプライマーGDHM−F1(配列番号343)および逆転写プライマーGDHM−R1(配列番号344)を使用して、以下のテンプレート遺伝子を増幅した。1−E1(配列番号198)、野生型GDH(配列番号1)、Xba3023(配列番号182)、Xba3010(配列番号175)、8−C9(配列番号212)、4BR1001(配列番号171)、Xba3015(配列番号147)、Xba3008(配列番号151)、Sma3003(配列番号143)、Xba3016(配列番号155)、およびXba3020(配列番号159)。次に得られたPCR生成物を当モル比で共に混合し、「混合物−1」と称した。   Specifically, in a standard high fidelity PCR reaction using the Expand High Fidelity PCR System from the Roche Applied Science (Indianapolis, IN), Indianapolis, Indiana. The following template genes were amplified using forward primer GDHM-F1 (SEQ ID NO: 343) and reverse transcription primer GDHM-R1 (SEQ ID NO: 344). 1-E1 (SEQ ID NO: 198), wild type GDH (SEQ ID NO: 1), Xba3023 (SEQ ID NO: 182), Xba3010 (SEQ ID NO: 175), 8-C9 (SEQ ID NO: 212), 4BR1001 (SEQ ID NO: 171), Xba3015 ( SEQ ID NO: 147), Xba3008 (SEQ ID NO: 151), Sma3003 (SEQ ID NO: 143), Xba3016 (SEQ ID NO: 155), and Xba3020 (SEQ ID NO: 159). The resulting PCR product was then mixed together in an equimolar ratio and designated “Mix-1”.

フォーワードプライマーGDHM−F2(配列番号345)および逆転写プライマーGDHM−R2(配列番号346)を使用して、以下の遺伝子を同様にして増幅した。Xba3007(配列番号40)、Xba3029(配列番号44)、Xba3025(配列番号52)、Sma3009(配列番号179)、Sma3010(配列番号175)、Sma3008(配列番号151)、RsrII001(配列番号136)、PpuMI002(配列番号128)、KG005(配列番号253)、GDH−SM1−G11(配列番号301)、GDH−SM2−B11(配列番号304)、GDH−SM3−D2(配列番号307)、およびGDH−SM4−H2(配列番号310)。次に得られたPCR生成物を当モル比で共に混合し、「混合物−2」と称した。   The following genes were amplified in the same manner using forward primer GDHM-F2 (SEQ ID NO: 345) and reverse transcription primer GDHM-R2 (SEQ ID NO: 346). Xba3007 (SEQ ID NO: 40), Xba3029 (SEQ ID NO: 44), Xba3025 (SEQ ID NO: 52), Sma3009 (SEQ ID NO: 179), Sma3010 (SEQ ID NO: 175), Sma3008 (SEQ ID NO: 151), RsrII001 (SEQ ID NO: 136), PpuMI002 (SEQ ID NO: 128), KG005 (SEQ ID NO: 253), GDH-SM1-G11 (SEQ ID NO: 301), GDH-SM2-B11 (SEQ ID NO: 304), GDH-SM3-D2 (SEQ ID NO: 307), and GDH-SM4 -H2 (SEQ ID NO: 310). The resulting PCR product was then mixed together in an equimolar ratio and designated “Mix-2”.

カリフォルニア州バレンシアのキアゲン(Qiagen(Valencia、CA))からのキアゲン(Qiagen)DNA抽出キットを使用して、増幅された生成物をアガロースゲルから精製し、次に不対プライマーによる遺伝子組み換え発生伸張法のための親テンプレートとして使用した。   The amplified product was purified from agarose gel using a Qiagen DNA extraction kit from Qiagen, Valencia, Calif., And then recombination generation extension with unpaired primers Used as a parent template for.

不対プライマー法を使用した遺伝子組み換え発生変異生成物の作成
2個のプライマーPADH316F1(配列番号29)およびT7T(配列番号30)を使用して、上述の24個の親テンプレートから遺伝子組み換え産生物(すなわちGDH変異遺伝子)を作成した。配列番号343によって生成される短い5’DNA断片の添加により、PADH316F1は、「混合物−1」(すなわち、1−E1、野生型GDH、Xba3023、Xba3010、8−C9、4BR1001、Xba3015、Xba3008、Sma3003、Xba3016、およびXba3020)中のテンプレートの5’末端とアニールする。しかしプライマーPADH316F1は、「混合物−2」テンプレートの5’末端に結合しない。同様にプライマーT7Tは、「混合物−2」テンプレート(すなわち、Xba3007、Xba3029、Xba3025、Sma3009、Sma3010、Sma3008、RsrII001、PpuMI002、KG005、GDH−SM1−G11、GDH−SM2−B11、GDH−SM3−D2、およびGDH−SM4−H2)の3’末端にアニールするが、「混合物−1」テンプレートの3’末端には結合しない。
Generation of genetically engineered mutant products using the unpaired primer method Using the two primers PADH316F1 (SEQ ID NO: 29) and T7T (SEQ ID NO: 30), the genetically modified products from the above 24 parent templates ( That is, a GDH mutant gene) was prepared. By the addition of a short 5 ′ DNA fragment generated by SEQ ID NO: 343, PADH316F1 is converted to “Mix-1” (ie, 1-E1, wild type GDH, Xba3023, Xba3010, 8-C9, 4BR1001, Xba3015, Xba3008, Sma3003). , Xba3016, and Xba3020) with the 5 ′ end of the template. However, primer PADH316F1 does not bind to the 5 ′ end of the “Mix-2” template. Similarly, primer T7T is a “mixture-2” template (ie, Xba3007, Xba3029, Xba3025, Sma3009, Sma3010, Sma3008, RsrII001, PpuMI002, KG005, GDH-SM1-G11, GDH-SM3-B11, GDH-SM3-D , And GDH-SM4-H2), but does not bind to the 3 ′ end of the “Mix-1” template.

反応のために以下の反応混合物をアセンブルした。10ng「混合物−1」、10ng「混合物−2」、各200μMのdNTP、1×PCR緩衝液(最終濃度、1.5mM MgCl)、286nMのpADH316F1、286nMのT7T、カリフォルニア州バレンシアのキアゲン(Qiagen(Valencia、CA))からの0.625Uのホット・スター・タック(HotStarTaq)、dHOで25μLに調節。熱サイクル条件は次のとおりであった。95℃で2分間変性、続いて95℃で30秒の60回のサイクル、1秒+63〜69℃の間の勾配でサイクルあたり1秒、72℃で7分間の最終伸張、および4℃での保持。ニューヨーク州ウェストベリーのエッペンドルフ・サイエンティフィック(Eppendorf Scientific、Inc.(Westbury、NY))からのエッペンドルフ・マスターサイクラー・グラジェント(Eppendorf Mastercycler gradient)5331を熱サイクル反応のために使用した。 The following reaction mixture was assembled for the reaction: 10 ng “Mix-1”, 10 ng “Mix-2”, 200 μM each dNTP, 1 × PCR buffer (final concentration, 1.5 mM MgCl 2 ), 286 nM pADH316F1, 286 nM T7T, Qiagen, Valencia, CA (Valencia, CA)) adjusted to 25 μL with 0.625 U HotStarTaq, dH 2 O. The thermal cycling conditions were as follows: Denaturation at 95 ° C for 2 minutes, followed by 60 cycles of 95 ° C for 30 seconds, 1 second per cycle with a gradient between 1 second + 63-69 ° C, final extension at 72 ° C for 7 minutes, and at 4 ° C Retention. An Eppendorf Mastercycler gradient 5331 from Eppendorf Scientific, Inc. (Westbury, NY) was used for the thermal cycling reaction.

反応で使用した2個のプライマーは、いかなるテンプレートの5’および3’末端とも同時にマッチしないので、いずれの親テンプレートも反応中に増幅できない。しかし5’および3’末端の双方を有するあらゆる組み換えDNA生成物が、引き続く熱サイクル中で増幅される。不対プライマー反応に続いて、反応混合物をアガロースゲルにロードした。約66〜67℃において、不対プライマー反応から大量の2.7kBのPCR生成物が得られた。テンプレートとして使用したオリジナルの親分子それ自身が約2.7kBだったので、このサイズの生成物は予期された。   Since the two primers used in the reaction do not match the 5 'and 3' ends of any template at the same time, neither parent template can be amplified during the reaction. However, any recombinant DNA product having both 5 'and 3' ends will be amplified in subsequent thermal cycling. Following the unpaired primer reaction, the reaction mixture was loaded onto an agarose gel. A large amount of 2.7 kB PCR product was obtained from the unpaired primer reaction at about 66-67 ° C. A product of this size was expected because the original parent molecule used as a template itself was about 2.7 kB.

遺伝子組み換え発生GDH変異株ライブラリーの作成およびスクリーニング
組み換えGDH DNA生成物(ほぼ2.7kB)をキアゲン(Qiagen)DNA抽出キットを使用してゲルから精製し、Xba IおよびHind IIIで消化して、次にXbaI−HindIII−消化したpGD20ベクターとリゲートした(実施例1)。実施例1で述べたように、電気穿孔によるライゲーション混合物の大腸菌(E.coli)株5K(DE3)への形質転換によって、変異株ライブラリーを得た。ライブラリーサイズはライゲーション反応あたり30万個のコロニーを超えた。
Generation and screening of a genetically generated GDH mutant library A recombinant GDH DNA product (approximately 2.7 kB) was purified from gel using a Qiagen DNA extraction kit, digested with Xba I and Hind III, It was then ligated with the XbaI-HindIII-digested pGD20 vector (Example 1). As described in Example 1, mutant libraries were obtained by transformation of the ligation mixture by electroporation into E. coli strain 5K (DE3). Library size exceeded 300,000 colonies per ligation reaction.

6,000〜7,000個の変異株コロニーをアガロースプレートからピックアップし、実施例13で述べたように一点ハイスループット・スクリーニング・アッセイを使用してスクリーニングした。一次スクリーニングに続いて、フォローアップ確認アッセイにより推定上のヒットが確認された。簡単に述べると、各推定上のヒットを8個のウェル内で再アッセイした。個々の各クローンからの結果を統計学的に分析して、T(600)の平均値および標準偏差を得た。これらの結果を野生型GDH酵素と比較した。   6,000-7,000 mutant colonies were picked from agarose plates and screened using a single point high throughput screening assay as described in Example 13. Following the primary screen, a put-up hit was confirmed by a follow-up confirmation assay. Briefly, each putative hit was re-assayed in 8 wells. The results from each individual clone were statistically analyzed to obtain an average value and standard deviation of T (600). These results were compared with the wild type GDH enzyme.

さらに二点アッセイを使用していくつかのヒットをさらに詳しく調査し(実施例5)、これらのヒットの初期反応速度および不活性化の変化を大まかに推定した。   In addition, a two-point assay was used to investigate some hits in more detail (Example 5) and to roughly estimate changes in the initial kinetics and inactivation of these hits.

表23はいくつかの遺伝子組み換え発生GDH変異株について、これらの様々なアッセイの結果をまとめる。   Table 23 summarizes the results of these various assays for several genetically engineered GDH mutants.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

異なる組み換えGDH変異株は(同様のT(600)値を有するにもかかわらず)異なる酵素速度を示したが、これは単に各アッセイ手段のパラメーターの違いを反映するだけである。例えば変異株SHGDH24およびSHGDH43は同一のT(600)値を有したが、SHGDH24が野生型と比較して軽度に改善されたT1値のみを有したのに対し、SHGDH43は大幅に低下したT1を有した。SHGDH24では酵素のkcatは低下しなかったが、対照的にSHGDH43は大幅に低下したkcatを有した。どちらの場合もSHGDH24およびSHGDH43双方のGDH酵素安定性が増大することで、総酵素代謝回転数の改善が可能になった。 Different recombinant GDH mutants showed different enzyme kinetics (despite having similar T (600) values), but this merely reflects the differences in the parameters of each assay means. For example, mutants SHGDH24 and SHGDH43 had the same T (600) value, but SHGDH24 only had a slightly improved T1 value compared to wild type, whereas SHGDH43 had a significantly reduced T1. Had. SHGDH24 did not reduce the enzyme's k cat , whereas SHGDH43 had a significantly reduced k cat . In both cases, the increased GDH enzyme stability of both SHGDH24 and SHGDH43 enabled an improvement in total enzyme turnover.

SHGDH51はこれらの変異株中で安定性について最大の改善を示したが、そのkcatは大幅に低下したので、この変異株は最高の総酵素代謝回転数を有さなかった。SHGDH37はこれらの変異株中でT(600)について最大の改善を示したが、そのT2値はSHGDH12のそれよりも低く、SHGDH37が高濃度の1,3−プロパンジオールに対して、SHGDH12よりも抵抗性であることが示唆された。 SHGDH51 showed the greatest improvement in stability among these mutants, but its mutants did not have the highest total enzyme turnover because their k cat was greatly reduced. SHGDH37 showed the greatest improvement for T (600) in these mutants, but its T2 value was lower than that of SHGDH12 and SHGDH37 was higher than SHGDH12 for 1,3-propanediol at high concentrations. It was suggested to be resistant.

しかしいずれにせよ結果は明らかに、不対プライマー法を使用した新しい変異株の作成により、GDH安定性におけるかなりの改善があったことを実証した。具体的には、無作為変異誘発を通じて得られた最良の変異株(すなわち変異株Sma3002;配列番号140)は3.3のT(600)を有した。無作為変異誘発およびスクリーニングを通じて同定された変異株の合理的な組み合わせ、または部位飽和変異誘発を使用したこれらの変異の半無作為組み合わせからは、T(600)が最大の4.3である変異株(すなわち変異株GDH−SM1−G11;配列番号301)が得られた。したがって不対プライマーを使用した遺伝子組み換え発生伸張法アプローチを使用した無作為遺伝子組み換えは、前述の合理的かつ半無作為アプローチよりも強力な技術であると結論される。   In any case, however, the results clearly demonstrated that the creation of new mutants using the unpaired primer method had a significant improvement in GDH stability. Specifically, the best mutant obtained through random mutagenesis (ie, mutant Sma3002; SEQ ID NO: 140) had a T (600) of 3.3. From a rational combination of mutants identified through random mutagenesis and screening, or from a semi-random combination of these mutations using site saturation mutagenesis, the mutation with a maximum T (600) of 4.3 A strain (ie mutant GDH-SM1-G11; SEQ ID NO: 301) was obtained. Therefore, it is concluded that random genetic recombination using a genetic recombination generation extension approach using unpaired primers is a more powerful technique than the rational and semi-random approach described above.

変異遺伝子の配列分析
表23に列挙される組み換えGDH変異株からプラスミドDNAを精製し、それぞれのGDH遺伝子全体を配列分析した。変異株の分析と、それに続くオリジナル野生型GDH遺伝子配列との比較は、これらの組み換え変異遺伝子が表24に示す単一塩基置換変異(点変異)を含有することを示す。酵素のDNA配列のSEQ識別番号は、表の一番目の欄に提供する。
Sequence analysis of mutant genes Plasmid DNA was purified from the recombinant GDH mutants listed in Table 23, and the entire GDH gene was sequenced. Analysis of the mutant strain and subsequent comparison with the original wild type GDH gene sequence indicate that these recombinant mutant genes contain the single base substitution mutations (point mutations) shown in Table 24. The SEQ ID number of the DNA sequence of the enzyme is provided in the first column of the table.

Figure 2007524342
Figure 2007524342

Figure 2007524342
Figure 2007524342

興味深いことに、全ての変異株(配列番号313、316、319、322、325、328、331、334、337)はα−β融合変異を含有し(元来Sma3002およびXba3009変異株に見られたように[実施例6])、この変異がT(600)値の改善にとって非常に重要であることが示唆された。SHGDH43は、4個の新たに作り出された変異に加えて、4個の異なる親遺伝子(すなわち4BR1001、1−E1、Xba3008、およびGDH−SM1−G11)からの変異を含有した。これは遺伝子組み換え発生PCR中に、4個の異なる親遺伝子間で少なくとも4つの交差が起きたことを示唆した。SHGDH25およびSHGDH51はいくつかの新たに作り出された変異に加えて、3個の親遺伝子(すなわち、SHGDH25ではSma3003、4BR1001、および1−E1;SHGDH51ではRsrII001、1−E1、およびXba3007)からの変異を含有した。   Interestingly, all mutants (SEQ ID NOs: 313, 316, 319, 322, 325, 328, 331, 334, 337) contain α-β fusion mutations (originally found in Sma3002 and Xba3009 mutants). Thus, [Example 6]), it was suggested that this mutation is very important for improving the T (600) value. SHGDH43 contained mutations from four different parent genes (ie, 4BR1001, 1-E1, Xba3008, and GDH-SM1-G11) in addition to the four newly created mutations. This suggested that at least 4 crossings occurred between 4 different parent genes during genetically engineered PCR. SHGDH25 and SHGDH51, in addition to several newly created mutations, are mutations from three parent genes (ie, Sma3003, 4BR1001, and 1-E1 for SHGDH25; RsrII001, 1-E1, and Xba3007 for SHGDH51) Contained.

グリセロール存在下で、またはグリセロールおよび1,3−プロパンジオール存在下のどちらかで実施された、典型的なGDH反応の経時変化を示す。2 shows the time course of a typical GDH reaction performed either in the presence of glycerol or in the presence of glycerol and 1,3-propanediol. 実施例6で述べられるような典型的なフォローアップアッセイの図示される結果である。Figure 7 is a graphical result of a typical follow-up assay as described in Example 6. (野生型GDHと比較して)α−サブユニット上に一点変異を含有する変異株の分布を示す。The distribution of mutants containing a single point mutation on the α-subunit (compared to wild type GDH) is shown. (野生型のGDHと比較して)α−サブユニット上に複数点変異を含有する変異株の分布を示す。Figure 3 shows the distribution of mutants containing multiple point mutations on the α-subunit (compared to wild type GDH). 不対プライマーを使用した遺伝子組み換え発生伸張法の原理を示す。The principle of the genetic recombination generation extension method using an unpaired primer is shown.

Claims (10)

(c)B12依存性デヒドラターゼホロ酵素と、グリセロールおよび少なくとも25mMの1,3−プロパンジオールを含んでなる混合物とを接触させ、
(d)B12依存性デヒドラターゼホロ酵素をスクリーニングして、B12依存性デヒドラターゼの代謝回転率を推定する
ことを含んでなる、改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼのスクリーニング方法。
(C) contacting a B 12- dependent dehydratase holoenzyme with a mixture comprising glycerol and at least 25 mM 1,3-propanediol;
(D) B 12-dependent dehydratase holoenzyme and screening, B 12 comprising to estimate the turnover ratio of the dependent dehydratase, the screening methods of the B 12-dependent dehydratase with improved reaction rate.
(b)のスクリーニングステップが、
e)補酵素B12、デヒドラターゼ再活性化因子、または内因性のB12依存性デヒドラターゼの供給源を有さない細胞をグリセロールを含まない発酵性炭素基質上に生育させ、
f)細胞を透過化処理し、
g)補酵素B12、グリセロール、および少なくとも25mMの1,3−プロパンジオールの混合物をステップ(b)の透過化処理された細胞に添加し、
h)ステップ(c)で生産された3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを定量化する
ことを含んでなり、
定量化が、T1、T2、およびT(600)よりなる群から選択される測定である請求項1に記載の方法。
The screening step of (b)
e) growing cells that do not have a source of coenzyme B 12 , dehydratase reactivator, or endogenous B 12- dependent dehydratase on a glycerol-free fermentable carbon substrate;
f) permeabilizing the cells;
g) adding a mixture of coenzyme B 12 , glycerol, and at least 25 mM 1,3-propanediol to the permeabilized cells of step (b);
h) quantifying the 3-hydroxypropionaldehyde produced in step (c),
The method according to claim 1, wherein the quantification is a measurement selected from the group consisting of T1, T2, and T (600).
配列番号:40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、143、147、151、155、159、163、167、171、175、179、182、186、189、192、195、198、201、204、208、212、215、218、221、225、229、233、237、241、245、249、253、257、261、265、269、273、277、281、285、289、293、297、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337よりなる群から選択される、B12依存性変異株デヒドラターゼをコードする核酸配列。 SEQ ID NO: 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76, 80, 84, 88, 92, 96, 100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132 136, 140, 143, 147, 151, 155, 159, 163, 167, 171, 175, 179, 182, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 204, 208, 212, 215, 218, 221 225, 229, 233, 237, 241, 245, 249, 253, 257, 261, 265, 269, 273, 277, 281, 285, 289, 293, 297, 301, 304, 307, 310, 313, 316 319, 322, 325, 328, 331, 334, and 337, selected from the group consisting of B 12 A nucleic acid sequence encoding a viable mutant dehydratase. 配列番号:40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、143、147、151、155、159、163、167、171、175、179、182、186、189、192、195、198、201、204、208、212、215、218、221、225、229、233、237、241、245、249、253、257、261、265、269、273、277、281、285、289、293、297、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337よりなる群から選択される核酸配列によってコードされるB12依存性変異株デヒドラターゼ。 SEQ ID NO: 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76, 80, 84, 88, 92, 96, 100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132 136, 140, 143, 147, 151, 155, 159, 163, 167, 171, 175, 179, 182, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 204, 208, 212, 215, 218, 221 225, 229, 233, 237, 241, 245, 249, 253, 257, 261, 265, 269, 273, 277, 281, 285, 289, 293, 297, 301, 304, 307, 310, 313, 316 A nucleic acid sequence selected from the group consisting of 319, 322, 325, 328, 331, 334, and 337 B 12-dependent mutant dehydratase encoded I. 配列番号:140、179、186、189、192、195、198、201、212、215、218、301、304、307、310、313、316、319、322、325、328、331、334、および337よりなる群から選択されるα−βサブユニット融合を含んでなる、B12依存性変異株デヒドラターゼをコードする核酸配列。 SEQ ID NOs: 140, 179, 186, 189, 192, 195, 198, 201, 212, 215, 218, 301, 304, 307, 310, 313, 316, 319, 322, 325, 328, 331, 334, and It is selected from the group consisting of 337 comprising the alpha-beta subunit fusion, nucleic acid sequences encoding the B 12-dependent mutant dehydratase. 配列番号313、322、および328よりなる群から選択されるα−βサブユニット融合を含んでなる、B12依存性変異株デヒドラターゼをコードする核酸配列。 SEQ ID NO: 313,322, and is selected from the group consisting of 328 comprising the alpha-beta subunit fusion, nucleic acid sequences encoding the B 12-dependent mutant dehydratase. α−βサブユニット融合のαおよびβサブユニット間のリンカー配列をさらに含んでなり、リンカー配列が、配列番号18および配列番号19よりなる群から選択される請求項5に記載の核酸配列。   The nucleic acid sequence of claim 5, further comprising a linker sequence between the α and β subunits of the α-β subunit fusion, wherein the linker sequence is selected from the group consisting of SEQ ID NO: 18 and SEQ ID NO: 19. d)ホットスポット1またはホットスポット2を含んでなるB12依存性デヒドラターゼホロ酵素と変異原因物質とを接触させ、
e)ステップA)で生産された変異株を改善されたkcatおよび/または安定性についてスクリーニングし、そして
f)ステップa)およびb)を反復する
ことを含んでなる、改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼ変異株を作り出す方法。
d) contacting the B 12- dependent dehydratase holoenzyme comprising hot spot 1 or hot spot 2 with the causative agent,
e) having an improved reaction rate comprising screening the mutant produced in step A) for improved kcat and / or stability and f) repeating steps a) and b) how to create a B 12 dependent dehydratase mutants.
d)デヒドラターゼホロ酵素と5〜10mMのグリセロールおよび/または10〜300mMの1,3−プロパンジオールとを接触させ、
e)ハイスループットアッセイにおいて、kcatおよび総酵素代謝回転を推定するのに十分に隔たった少なくとも2つの時点で測定し、
f)標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性変異株を選択する
ことを含んでなる、標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼを同定する方法。
d) contacting the dehydratase holoenzyme with 5-10 mM glycerol and / or 10-300 mM 1,3-propanediol;
e) in a high-throughput assay, measured at at least two time points sufficiently separated to estimate k cat and total enzyme turnover,
f) comprises selecting the B 12-dependent mutants having reaction rates that are improved compared to the standard dehydratase, identifying B 12-dependent dehydratase having a reaction rate which is improved in comparison with standard dehydratase how to.
d)デヒドラターゼホロ酵素と5〜50mMのグリセロールおよび>300mMの1,3−プロパンジオールとを接触させ、
e)ハイスループットアッセイにおいて、T0から十分に隔たった1つの時点で測定して、総酵素代謝回転数を推定し、そして
f)標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性変異株を選択する
ことを含んでなる、標準デヒドラターゼと比較して改善された反応速度を有するB12依存性デヒドラターゼを同定する方法。
d) contacting the dehydratase holoenzyme with 5-50 mM glycerol and> 300 mM 1,3-propanediol,
e) in a high-throughput assay, measured at one time point well separated from T0 to estimate total enzyme turnover, and f) B 12- dependent with improved kinetics compared to standard dehydratase methods of identifying comprising selecting a mutant strain, a B 12 dependent dehydratase having a reaction rate that is improved compared to standard dehydratase.
JP2004562258A 2002-12-16 2003-12-16 B12-dependent dehydratase with improved reaction rate Pending JP2007524342A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US43370802P 2002-12-16 2002-12-16
PCT/US2003/040397 WO2004056963A2 (en) 2002-12-16 2003-12-16 B12 dependent dehydratases with improved reaction kinetics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007524342A true JP2007524342A (en) 2007-08-30

Family

ID=32681964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004562258A Pending JP2007524342A (en) 2002-12-16 2003-12-16 B12-dependent dehydratase with improved reaction rate

Country Status (11)

Country Link
US (4) US7410754B1 (en)
EP (1) EP1583818A4 (en)
JP (1) JP2007524342A (en)
KR (1) KR20050089970A (en)
CN (2) CN1965088A (en)
AU (2) AU2003301068B2 (en)
BR (1) BR0316897A (en)
CA (1) CA2508662A1 (en)
MX (1) MXPA05006541A (en)
NO (1) NO20053401L (en)
WO (1) WO2004056963A2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1583818A4 (en) * 2002-12-16 2007-08-15 Du Pont B12 dependent dehydratases with improved reaction kinetics
US7524660B2 (en) 2005-05-05 2009-04-28 E.I. Du Pont De Nemours And Company Utilization of fructose in microbial production strains
DE102007027006A1 (en) 2007-06-08 2008-12-11 Evonik Degussa Gmbh Microbiological production of aldehydes, in particular of 3-hydroxypropionaldehyde
CN102333866B (en) 2008-12-30 2015-04-29 丹尼斯科美国公司 Methods of producing isoprene and a co-product
DE102009002811A1 (en) * 2009-05-05 2010-11-11 Evonik Degussa Gmbh Enzymatic process for the preparation of aldehydes
WO2011084105A1 (en) * 2010-01-06 2011-07-14 Agency For Science, Technology And Research Random mutagenesis of nucleic acid sequences
KR101220499B1 (en) * 2010-05-25 2013-01-10 한국생명공학연구원 Method for Preparing 3-Hydroxypropionic Acid from Glycerol with High Yield
EP3312284A3 (en) 2010-07-26 2018-05-30 Genomatica, Inc. Microorganisms and methods for the biosynthesis of aromatics, 2,4-pentadienoate and 1,3-butadiene
BR112014010448A2 (en) 2011-11-02 2017-04-18 Genomatica Inc microorganisms and methods for caprolactone production
US10059967B2 (en) 2012-01-20 2018-08-28 Genomatica, Inc. Microorganisms and processes for producing terephthalic acid and its salts
WO2014071286A1 (en) 2012-11-05 2014-05-08 Genomatica, Inc. Microorganisms for enhancing the availability of reducing equivalents in the presence of methanol, and for producing 1,2-propanediol
BR112015020904A2 (en) 2013-03-15 2017-10-10 Genomatica Inc microorganisms and methods for the production of butadiene and related compounds by formate assimilation
KR101990436B1 (en) * 2018-10-30 2019-06-18 전남대학교산학협력단 KASP primer set for discriminating high content of stearic acid in soybean and uses thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686276A (en) 1995-05-12 1997-11-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bioconversion of a fermentable carbon source to 1,3-propanediol by a single microorganism
KR100509310B1 (en) 1996-11-13 2005-08-22 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 Method for the Production of 1,3-Propanediol by recombinant Organisms
FR2796081B1 (en) 1999-07-09 2003-09-26 Agronomique Inst Nat Rech PROCESS FOR THE PREPARATION OF 1,3-PROPANEDIOL BY A MICROORGANISM RECOMBINANT IN THE ABSENCE OF COENZYME B12 OR ONE OF ITS PRECURSORS
CN1298852C (en) 1999-08-18 2007-02-07 纳幕尔杜邦公司 Process for biological production of 1,3-propanediol with high titer
KR20040088538A (en) * 2002-02-26 2004-10-16 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 Method for the recombination of genetic elements
JP4204805B2 (en) 2002-05-21 2009-01-07 Hoya株式会社 Electron beam mask substrate, electron beam mask blanks, and electron beam mask
AU2003238280A1 (en) 2002-06-19 2004-01-06 Aquapulse International, L.L.C. Reconstructive vascular treatment apparatus and method
EP1583818A4 (en) * 2002-12-16 2007-08-15 Du Pont B12 dependent dehydratases with improved reaction kinetics

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004056963A3 (en) 2006-09-08
BR0316897A (en) 2005-11-08
US8569469B2 (en) 2013-10-29
AU2008203222A1 (en) 2008-08-14
CA2508662A1 (en) 2004-07-08
WO2004056963A2 (en) 2004-07-08
CN1965088A (en) 2007-05-16
US20110021768A1 (en) 2011-01-27
US8445659B2 (en) 2013-05-21
NO20053401L (en) 2005-09-07
US7410754B1 (en) 2008-08-12
AU2003301068B2 (en) 2008-05-15
EP1583818A4 (en) 2007-08-15
US20110021767A1 (en) 2011-01-27
MXPA05006541A (en) 2005-09-30
US20080293119A1 (en) 2008-11-27
EP1583818A2 (en) 2005-10-12
AU2003301068A1 (en) 2004-07-14
US7985849B2 (en) 2011-07-26
KR20050089970A (en) 2005-09-09
CN102031265A (en) 2011-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8445659B2 (en) B12-dependent dehydratases with improved reaction kinetics
Zenno et al. Gene cloning, purification, and characterization of NfsB, a minor oxygen-insensitive nitroreductase from Escherichia coli, similar in biochemical properties to FRase I, the major flavin reductase in Vibrio fischeri
US7049115B2 (en) Genes encoding denitrification enzymes
CN106479988B (en) A kind of enzyme activity and stability-enhanced formic dehydrogenase mutant and its construction method
JP4722396B2 (en) Genetic element recombination method
Chistoserdova et al. Molecular characterization of a chromosomal region involved in the oxidation of acetyl-CoA to glyoxylate in the isocitrate-lyase-negative methylotroph Methylobacterium extorquens AM1
Abdel-Hady et al. Engineering cofactor specificity of a thermostable phosphite dehydrogenase for a highly efficient and robust NADPH regeneration system
US6531308B2 (en) Ketoreductase gene and protein from yeast
US7067302B2 (en) DNA and amino acid sequence of a tyrosine ammonia lyase enzyme from the bacterium Rhodobacter sphaeroides
JP2006517082A (en) DNA sequence and amino acid sequence of tyrosine-inducible tyrosine ammonia lyase enzyme from TRICOSPORONCUTANIUM yeast
Binay et al. Attempting to remove the substrate inhibition of L-lactate dehydrogenase from Bacillus stearothermophilus by site-directed mutagenesis
US7057030B2 (en) Rhodococcus gene encoding aldoxime dehydratase
Wales et al. Comparison of the primary structures of NAD (P)-dependent bacterial alcohol dehydrogenases
CN110938608A (en) Aldehyde ketone reductase mutant, encoding gene and application of aldehyde ketone reductase mutant in synthesis of (S) -TCPE
JP4116349B2 (en) Formate dehydrogenase with modified coenzyme dependence
Lee et al. Characterization of heat‐labile uracil‐DNA glycosylase from Psychrobacter sp. HJ147 and its application to the polymerase chain reaction
Seo et al. Cloning, characterization and expression of a gene encoding dihydroxyacetone synthase in Mycobacterium sp. strain JC1 DSM 3803
US6429003B1 (en) Genes encoding denitrification enzymes
WO1999014229A1 (en) Truncated aspartase enzyme derivatives and uses thereof
WO2006104124A1 (en) Novel pantothenate kinase gene and use thereof
JP2005034086A (en) ACYL-CoA OXIDASE, GENE THEREOF, RECOMBINANT DNA, AND METHOD FOR PRODUCING ACYL-CoA OXIDASE

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20080303

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20081204

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20081204

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090928

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100308